已知NBR、PVC和HDPE的性能指标参数如下表:PolymerE/ M Paδ/2.04×10-3J1/2m-3/2ρ/g.cm-3NBR0.999.41.01HDPE0.137.90.955PVC49.09.71.391)根据上表,设计一种橡胶增韧树脂的两组分共混物配方,使得分散相以球形无规松散堆砌,φm=0.55, KE=2.50,共混物的拉伸模量(E)不小于18.0 M Pa,假设在共混中各组分的体积变化不大,计算重量共混比。2)根据你设计的配方,你认为此共混物的E最大和最小值各是多少?

答:1)因为NBR、PVC和HDPE的溶解度参数分别为:9.4×2.04×10-3J1/2m-3/2,9.7×2.04×10-3J1/2m-3/2,7.9×2.04×10-3J1/2m-3/2,所以可知,当PVC与NBR共混时可能有很好的相容性,而当HDPE与NBR共混时,是不相容的,不相容的共混物HDPE/NBR的拉伸模量达不到18.0 M Pa。

因此,只能制成一种橡胶增韧树脂的双组分共混物PVC/NBR,NBR为橡胶组分且是分散相,PVC则是树脂组分是连续相。使PVC/NBR的拉伸模量为18.0 M Pa, 即:

P=18.0M Pa, P1=49.0 M Pa, P2=0.99 M Pa, ρ1=1.39, ρ2= 1.01.

A t = 1/A=1/( KE-1)=1/(2.50-1)=2/3,

Bt = [(P1/P2)-1]/[( P1/P2)+1]

=[(49.0/0.99)-1]/[(49.0/0.99)+1]=0.960,

ψ= 1 + [(1 –φm)/φ2 m] φ2=1+[(1-0.55)/0.552] φ2=1+1.49φ2,

P1/P = (1 + AtBtφ2)/(1-Btψφ2)=(1+2/3×0.960φ2)/[1-0.960×(1+1.49φ2)φ2

即:49.0/18.0=(1+2/3×0.960φ2)/[1-0.960×(1+1.49φ2)φ2

所以,NBR体积分数为:φ2=0.368,

PVC体积分数为:φ1=1-φ2=1-0.368=0.632.

假设这两组分在共混中各自的体积变不大,即可认为各自的体积不变,计算重量共混比:

NBR的质量m2=ρ2·V2,PVC的质量m1=ρ1·V1,

V= V1+ V2,φ1= V1/ V,φ2= V2/V,

设共混物的密度ρ,则共混物的总重量为m= m1+ m2=ρV,

重量共混比:w1+w2=1,

所以,PVC的质量分数:

w1 = m1/m=ρ1·φ1/(ρ1·φ1+ρ2·φ2)=1.39×0.648/(1.39×0.632+1.01×0.368)=0.70,

NBR的分数:w2 =1- w1 =0.30.

即PVC/NBR的重量共混比为70/30。

2)上限Pmax = P1φ1 + P2φ2=49.0×0.632+0.99×0.368=31.3 M Pa.

下限1/P =φ1/P1 +φ2/P2=0.632/49.0+0.368/0.99, Pmin=2.60 M Pa.

这就是设计的配方拉伸模量的最大和最小值。