2.2 填充改性的作用机理

目前关于填料在塑料中的作用机理有很多研究结论，但一般认为有下列几种作用机理。

2.2.1 表面形态理论

表面形态理论主要从填料表面的物理状态去考察界面特性，该理论认为填料表面的几何不均匀性对复合材料的粘接强度起主要作用。不同种类的填料具有不同的几何形状，如片状、球状、近似球状等，填料的形态、表面粗糙度、表面积大小、表面晶态状况等都影响着界面特性。填料的超细微化，将会增大填料的表面积，能有效地提高表面粘接强度，从而起到增强增韧的效果。

2.2.2 表面官能团理论

表面官能团理论主要从研究界面化学作用起步，考察复合材料的表面特性。一般地讲，如果填料与高分子界面之间能够形成一种较强的化学键作用时，界面的粘接强度就很高，并随着这种化学键密度的增加而持续增加。因而通过改善聚合物分子链段界面层的特性以及填料的界面化学特性，不仅可以改善聚合物与填料的相容性，降低两相界面张力，促进良好的润湿与包覆作用，还可以使复合材料建立起一个良好的界面层稳定体系。

2.2.3 表面能理论

表面能理论主要从物理化学的热力学角度去考察聚合物与填料之间的界面粘接机理。通过考察不同种类填料的表面物理化学特性，研究通过高分子链段的扩散或嵌入的方式建立“锚固”的界面层，以确定基体树脂与填料之间的共复合性。

图2-1 填充高聚物界面模型

图2-1所示为填充高聚物的界面模型，界面区对填充聚合物性能的贡献有如下几点：

1）通过基体聚合物与填料完整的粘接面可传递应力。

2）化学键理论认为，填料及树脂之间在使用偶联剂场合下具有可反应的官能团。

3）表面浸润理论认为，当粘结剂完全浸润填料时，物理吸附所提供的粘接强度能超过聚合物的内聚能。

4）变形层理论认为，经偶联剂改性的填料表面能择优吸附树脂中某一配合剂，相间区域的不均衡固化可能导致形成一个比偶联剂在聚合物与填料粒子之间的单分子层厚得多的柔性树脂层，即变形层。它能松弛界面应力，防止界面裂纹的扩展，改善了界面的结合强度。

5）拘束层理论认为，复合材料中高模量的填料和低模量的树脂之间存在的界面区可均匀地传递应力。

图2-2所示为硅烷偶联剂处理过的填料与聚合物基体的粘接，从图中我们可以看出硅烷偶联剂的R基与基体作用后生成稳定的刚性膜和柔性膜，它们与填料M之间形成界面，能起到减弱界面应力的作用。对聚乙烯填充改性的机理不管是用化学键理论还是浸润理论，都可以做出合理的解释。

图2-2 硅烷偶联剂处理过的填料与聚合物基体的粘接