2.2 填充改性的作用機理

目前關于填料在塑料中的作用機理有很多研究結論，但一般認為有下列幾種作用機理。

2.2.1 表面形態理論

表面形態理論主要從填料表面的物理狀態去考察界面特性，該理論認為填料表面的幾何不均勻性對復合材料的粘接強度起主要作用。不同種類的填料具有不同的幾何形狀，如片狀、球狀、近似球狀等，填料的形態、表面粗糙度、表面積大小、表面晶態狀況等都影響著界面特性。填料的超細微化，將會增大填料的表面積，能有效地提高表面粘接強度，從而起到增強增韌的效果。

2.2.2 表面官能團理論

表面官能團理論主要從研究界面化學作用起步，考察復合材料的表面特性。一般地講，如果填料與高分子界面之間能夠形成一種較強的化學鍵作用時，界面的粘接強度就很高，并隨著這種化學鍵密度的增加而持續增加。因而通過改善聚合物分子鏈段界面層的特性以及填料的界面化學特性，不僅可以改善聚合物與填料的相容性，降低兩相界面張力，促進良好的潤濕與包覆作用，還可以使復合材料建立起一個良好的界面層穩定體系。

2.2.3 表面能理論

表面能理論主要從物理化學的熱力學角度去考察聚合物與填料之間的界面粘接機理。通過考察不同種類填料的表面物理化學特性，研究通過高分子鏈段的擴散或嵌入的方式建立“錨固”的界面層，以確定基體樹脂與填料之間的共復合性。

圖2-1 填充高聚物界面模型

圖2-1所示為填充高聚物的界面模型，界面區對填充聚合物性能的貢獻有如下幾點：

1）通過基體聚合物與填料完整的粘接面可傳遞應力。

2）化學鍵理論認為，填料及樹脂之間在使用偶聯劑場合下具有可反應的官能團。

3）表面浸潤理論認為，當粘結劑完全浸潤填料時，物理吸附所提供的粘接強度能超過聚合物的內聚能。

4）變形層理論認為，經偶聯劑改性的填料表面能擇優吸附樹脂中某一配合劑，相間區域的不均衡固化可能導致形成一個比偶聯劑在聚合物與填料粒子之間的單分子層厚得多的柔性樹脂層，即變形層。它能松弛界面應力，防止界面裂紋的擴展，改善了界面的結合強度。

5）拘束層理論認為，復合材料中高模量的填料和低模量的樹脂之間存在的界面區可均勻地傳遞應力。

圖2-2所示為硅烷偶聯劑處理過的填料與聚合物基體的粘接，從圖中我們可以看出硅烷偶聯劑的R基與基體作用后生成穩定的剛性膜和柔性膜，它們與填料M之間形成界面，能起到減弱界面應力的作用。對聚乙烯填充改性的機理不管是用化學鍵理論還是浸潤理論，都可以做出合理的解釋。

圖2-2 硅烷偶聯劑處理過的填料與聚合物基體的粘接