从软物质的熵效应出发对高聚物PMMA/ABS和PVC管材改性及力学性能研究

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软物质是近年来兴起的凝聚态物理与化学、材料科学及生命科学交叉学科的新生长点。软物质与硬物质的一个明显差别是,硬物质的性能与焓有密切关系,而软物质则更依赖于熵的变化。对于相互作用的系统,热力学平衡下最后的状态由自由能F=H-TS最小决定。对于硬物质系统,焓H起到主导作用;对于软物质,体系内能与TS相比很小,因此主要由体系的熵决定。高聚物作为一种最常见的软物质,由于具有质轻、比强度高、成型加工容易、耐腐蚀等优点,在日常的生产生活中有着广泛的应用;但随着高聚物应用的广度和深度不断扩大,社会各方面对高聚物材料的性能提出了越来越高的要求,高聚物改性应运而生。对高聚物的改性,国内外主要通过添加剂增强和取向增强两种方法进行改性,很少把高聚物作为一种软物质从熵效应的角度对改性进行分析。 本文应用添加剂增强和取向增强两种方法对日常生活中常用的PMMA和PVC管材进行改性研究,然后从熵效应的角度进行分析。实验结果表明,添加MMA和ST的共聚物纳米粉体的PMMA/ABS复合材料与PMMA/ABS复合材料相比,在MMA和ST的共聚物纳米粉体添加量为0.25%的时候相比于未添加粉体的时PMMA/ABS纳米复合材料样条断裂伸长率提高了106.14%; PMMA/ABS纳米复合材料样条的弯曲强度也是在微量掺杂的时候达到最大,在纳米粉体掺杂量为0.25%左右达到最大值,与未添加粉体时相比增加了5.57%; PMMA/ABS纳米复合材料样条的冲击强度在纳米粉体掺杂量为1%左右达到最大值,与未添加粉体时相比复合材料样条的冲击强度增加了33.08%;复合材料的拉伸强度随纳米粉体添加量的增加呈现先增大后减小的趋势,在纳米粉体添加量为0.25%的时候样品的拉伸强度达到最大值。与实验用纯PMMA相比PMMA/ABS纳米复合材料在微量纳米粉体添加量的情况下力学性能得到提高,断裂伸长率提高了518.55%,拉伸强度提高了53.54%,弯曲强度提高了17.31%,冲击强度提高了94.91%。常用PVC管材在一次扩张的条件下,平均弹性模量为896.61MPa,比扩张前提高了107.46%;拉伸强度与一次扩张管的拉伸强度基本在53-59MPa范围内,平均值56.591 MPa都明显高于扩张前(43.69MPa),扩张后的平均拉伸强度提高了29.66%。实验结果能从软物质熵效应的角度进行解释,PMMA/ABS纳米复合材料的主要力学性能在MMA和ST的共聚物纳米粉体微量掺杂的情况下有了明显的改善,这也从实验的角度解释了软物质的弱作用强相应的特性。
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