影响聚合物共混形态的因素有哪些？

海—岛结构两相体系共混物的形态，包括两相之中哪一相为连续相，哪一相为分散相；分散相的粒径及粒径分布；两相之间的界面结合等。影响共混物形态的因素很多，主要的影响因素有两相组分的配比、两相组分的黏度以及共混设备及工艺条件（时间、温度、外力）等。

（一）共混组分的配比

在海—岛结构两相体系共混物中，确定哪一相为连续相，哪一相为分散相，是具有重要意义的。一般来说，在两相体系中，连续相主要影响共混材料的模量、弹性；而分散相则主要对冲击性能（在增韧体系中）、光学性能、传热以及抗渗透（在相关体系中）性能产生影响。如在塑料与橡胶的共混体系中，是塑料为连续相，还是橡胶为连续相，对共混物的性能会有重大影响。如果是塑料为连续相，则得到的是橡胶增韧塑料；如果是橡胶为连续相，则得到的是塑料增强橡胶。

共混组分之间的配比，是影响共混物形态的一个重要因素，也是决定哪一相为连续相，哪一相为分散相的重要因素。如图3－11所示为采用熔融共混（机械共混）制备的PVC／PP共混物中，共混体系的形态随两种组分的体积比变化的示意图。

图3－11　PVC／PP共混物形态随体积比变化示意图

从图3－11中可以看出，当PVC／PP体积比为80／20时，共混物形态是组分含量较多的PVC为连续相，组分含量较少的PP为分散相的海—岛结构两相体系。在体积比为60／40时，该共混物形态为两相连续的海—海结构。在PVC／PP体积比为40／60和20／80时，PP变为连续相，PVC为分散相。

影响共混物形态的因素是很多的，组分配比只是其中之一。由于影响共混物形态的因素的复杂性，使得在实际共混物中，组分含量多的一相未必就一定是连续相，组分含量少的一相也未必一定是分散相。尽管如此，仍然可以对于组分含量对共混物形态的影响作出一个基本的界定。

通过理论推导，可以求出连续相（或分散相）组分的理论临界含量。假设分散相颗粒是直径相等的球形，并且这些球形颗粒以“紧密填充”的方式排布（图3－12），在此情况下，其最大填充分数（体积分数）为74%。由此可以推论，当两相共混体系中的某一组分含量（体积分数）大于74%时，这一组分不再是分散相，而将是连续相。同样，当某一组分含量（体积分数）小于26%时，这一组分不再是连续相，而将是分散相。当组分含量介于26%与74%之间时，哪一组分为连续相，将不仅取决于组分含量之比，而且还要取决于其他因素，主要是两个组分的熔体黏度。

图3－12　紧密填充示意图

上述理论临界含量是建立在一定假设的基础之上的，因而并非是绝对的界限，在实际应用中仅具有参考的价值。实际共混物的分散相颗粒，一般都并非直径相等的球形；另外，这些颗粒在实际上也不可能达到“紧密填充”的状态。尽管如此，对于大多数共混体系，特别是熔融共混体系，仍然可以用上述理论临界含量对哪一相为分散相，哪一相为连续相作出一个参考性的界定。也有一些例外的情况，如PVC／CPE共混体系，在CPE含量为10%时，CPE仍可为连续网状结构。

如图3－11所示，在熔融共混制备的两相共混体系中，随着组分含量的变化，在某一组分的形态由分散相转变为连续相时，或由连续相转变为分散相时，会出现一个两相连续（海—海结构）的过渡形态。而产生这一海—海结构形态的组分含量，则与共混体系组分的特性有关，并且与共混组分的熔体黏度有关。

（二）熔体黏度

对于熔融共混体系，共混组分的熔体黏度也是影响共混物形态的重要因素。关于共混组分的熔体黏度对共混形态的影响，有一个基本的规律：黏度低的一相总是倾向于生成连续相，而黏度高的一相则总是倾向于生成分散相。这一规律被形象地称为“软包硬”（意为黏度低的一相为软相，黏度高的一相为硬相，软相倾向于包裹硬相）。

需要指出的是，黏度低的一相倾向于生成连续相，并不意味着它就一定能成为连续相；黏度高的一相倾向于生成分散相，也并不意味着它就一定能成为分散相。因为共混物的形态还要受组分配比的制约。

（三）黏度与配比的综合影响

如前所述，共混组分的熔体黏度与配比都会对形态产生影响。共混组分的熔体黏度与配比对于共混物形态的综合影响，可以用图3－13来表示。

如图3－13中所示，在某一组分含量（体积分数）大于74%时，这一组分一般来说是连续相（如在A－1区域，A组分含量大于74%，A组分为连续相）；当组分含量小于26%时，这一组分一般来说是分散相。在组分含量介于26%～74%之间时，哪一组分为连续相，哪一组分为分散相，将取决于配比与熔体黏度的综合影响。由于受熔体黏度的影响，根据“软包硬”的规律，在A－2区域，当组分A的黏度小于组分B时，尽管B组分的含量接近甚至超过A组分，A组分仍然可以成为连续相。在B－2区域，也有类似的情况。

图3－13　共混组分的熔体黏度与配比对形态的综合影响

在由A组分为连续相向B组分为连续相转变时，会有一个相转变区存在（如图3－13所示中的阴影部分）。从理论上讲，在这样一个相转变区内，都会有两相连续的海—海结构出现。但是，在A组分与B组分熔体黏度接近于相等的区域内，可以较为容易地得到具有海—海结构的共混物。A组分与B组分熔体黏度相等的这一点，称为等黏点。等黏点在聚合物共混改性中极具重要性。

（四）黏度比、剪切应力及界面张力的综合影响(www.xing528.com)

共混过程中共混体系所受到的外力作用（通常是剪切力、机械搅拌），也是影响共混物形态的重要因素。此外，两相之间界面张力（大的比表面）也会对分散相物料的分散过程产生影响，进而影响共混物的形态。为了更全面地探讨影响共混物形态（主要是分散相粒径）的因素，可引入两个参数，λ和k：

式中：η1——连续相的黏度；

η2——分散相的黏度；

τ——剪切应力；

σ——两相间界面张力；

d——分散相粒径。

令，则有：

式中：——剪切速率。

以上参数是以稀乳液为模型体系提出的，也被应用于聚合物共混体系。这两个参数本身并不复杂，却可以用来反映影响聚合物共混物形态（主要是分散相粒径）的错综复杂的因素之间的关系。

图3－14是k值与λ值的关系曲线（共混体系为聚酯／乙丙橡胶、尼龙／乙丙橡胶）。

1．黏度比λ与分散相粒径之间的关系

许多研究者研究了黏度比λ与参数k的关系，取得了很有价值的研究结果。当共混物形态为海—岛结构，且分散相粒子接近球形时，可以发现黏度比λ与参数k的关系呈现一定的规律性，并可由此进一步探讨黏度比λ与分散相粒径的关系。有研究者曾采用双螺杆挤出机，对聚酯／乙丙橡胶、尼龙／乙丙橡胶等进行研究，并探讨了共混体系物料的熔体黏度比λ与参数k的关系，其结果表明；当λ值接近于1时，即当分散相黏度与连续相黏度接近于相等时，k值可达到一极小值，如图3－14所示。若η1、、σ都保持不变，则图3－14所求实验结果表明：在λ值接近于1时，即当分散相黏度与连续相黏度接近于相等时，分散相颗粒的粒径（d）可达到一个最小值。

如前所述，在由A组分为连续相向B组分为连续相转变时，即在相转变区内，当A组分与B组分熔体黏度接近于相等时，可以较为容易地得到具有海—海结构的共混物。实验结果则表明，当共混物形态为海—岛结构，且分散相粒子为接近于球形时，若分散相黏度与连续相黏度接近于相等，则分散相颗粒的粒径可达到一个最小值。以上结果都表明“等粘点”在聚合物共混改性中的重要性。

2．剪切应力及界面张力的影响

以上讨论了η1、、σ保持不变的情况下，黏度比λ与分散相粒径的关系。若η1、、σ发生变化，则图3－14所示实验结果可反映出η1、、σ与分散相颗粒的粒径（d）之间相互影响的关系。例如，当剪切应力增加时，分散相颗粒的粒径（d）也会变小。这就表明，增大剪切应力也是降低分散相粒径的途径之一。共混体系在共混过程中所受到的外力作用（主要是剪切应力）是由共混设备提供的。由图3－14所示结果还可以看出，若界面张力（σ）降低，也可使分散相颗粒粒径（d）变小。

图3－14　k值与λ值的关系曲线

（五）其他因素的影响

如前所述，共混组分的熔体黏度及两相间的黏度比对共混物的形态有重要影响。而聚合物的熔体黏度是受到熔融温度的影响的，这就使得共混过程中的加工温度（熔融温度）可以通过影响熔体黏度，进而影响聚合物共混物的形态。

共混物的形态还与共混组分之间的相容性密切相关。完全相容的聚合物对，可形成均相共混体系；部分相容的聚合物对，则可形成两相体系。对于部分相容聚合物形成的两相体系，共混物的形态也受到组分之间相容性的直接影响。相容性较好的聚合物对，易于形成分散相较好的共混物。因此，改善共混组分之间的相容性，也可有效地改善共混物的形态。对于相容性不甚好的聚合物对，则可以采取措施使之相容化。此外，聚合物的表面自由能，可影响聚合物之间的相容性，因而也可对共混物形态产生影响。