(1) 彈性體增韌機(jī)理
彈性體直接吸收能量，當(dāng)試樣受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生微裂紋，這時橡膠顆粒跨越裂紋兩岸， 裂紋要發(fā)展就必須拉伸橡膠，橡膠形變過程中要吸收大量能量，從而提高了塑料的沖擊強(qiáng)度。
(2) 屈服理論
橡膠增韌塑料高沖擊強(qiáng)度主要來源于基體樹脂發(fā)生了很大的屈服形變，基體樹脂產(chǎn)生很大屈服形變的原因，是橡膠的熱膨脹系數(shù)和泊松比均大于塑料的，在成型過程中冷卻階段的熱收縮和形變過程中的橫向收縮對周圍基體產(chǎn)生靜水張應(yīng)力，使基體樹脂的自由體積增加， 降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，易于產(chǎn)生塑性形變而提高韌性。另一方面是橡膠粒子的應(yīng)力集中效應(yīng)引起的
(3)裂紋核心理論
橡膠顆粒充作應(yīng)力集中點(diǎn)，產(chǎn)生了大量小裂紋而不是少量大裂紋，擴(kuò)展眾多的小裂紋比擴(kuò)展少數(shù)大裂紋需要較多的能量。同時，大量小裂紋的應(yīng)力場相互干擾，減弱了裂紋發(fā)展的前沿應(yīng)力，從而，會減緩裂紋發(fā)展并導(dǎo)致裂紋的終止。
(4)多重銀紋理論
由于增韌塑料中橡膠粒子數(shù)目極多，大量的應(yīng)力集中物引發(fā)大量銀紋，由此可以耗散大量能量。橡膠粒子還是銀紋終止劑，小粒子不能終止銀紋。
(5)銀紋-剪切帶理論
這是業(yè)內(nèi)普遍接受的一個重要理論。大量實(shí)驗(yàn)表明，聚合物形變機(jī)理包括兩個過程：一是剪切形變過程，二是銀紋化過程。剪切過程包括彌散性的剪切屈服形變和形成局部剪切帶兩種情況。剪切形變只是物體形狀的改變，分子間的內(nèi)聚能和物體的密度基本不變。銀紋化過程則使物體的密度大大下降。一方面，銀紋體中有空洞，說明銀紋化造成了材料一定的損傷，是亞微觀斷裂破壞的先兆;另一方面，銀紋在形成、生長過程中消耗了大量能量，約束了裂紋的擴(kuò)展，使材料的韌性提高，是聚合物增韌的力學(xué)機(jī)制之一。所以，正確認(rèn)識銀紋化現(xiàn)象，是認(rèn)識高分子材料變形和斷裂過程的核心，是進(jìn)行共混改性塑料，尤其是增韌塑料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。銀紋的一般特征如下：
1.銀紋是在拉伸力場中產(chǎn)生的，銀紋面總是與拉伸力方向垂直;在壓力場中不會產(chǎn)生銀紋;Argon的研究發(fā)現(xiàn)，在純剪切力場中銀紋也能擴(kuò)展。
2.銀紋在玻璃態(tài)、結(jié)晶態(tài)聚合物中都能產(chǎn)生、發(fā)展。
3.銀紋能在聚合物表面、內(nèi)部單獨(dú)引發(fā)、生長，也可在裂紋端部形成。在裂紋端部形成的銀紋，是裂紋端部塑性屈服的一種形式。
4.在單一應(yīng)力作用下引發(fā)的銀紋，成為應(yīng)力銀紋。在短時大應(yīng)力作用下可以引發(fā)銀紋， 在長期應(yīng)力作用下，即蠕變過程中也能引發(fā)銀紋，在交變應(yīng)力作用下也可引發(fā)銀紋。受應(yīng)力和溶劑聯(lián)合作用引發(fā)的銀紋，稱為應(yīng)力-溶劑銀紋。溶劑能加速銀紋的引發(fā)和生長。
5.銀紋的外形與裂紋相似，但與裂紋的結(jié)果明顯不同。裂紋體中是空的，而銀紋是由銀紋質(zhì)和空洞組成的?？斩吹捏w積分?jǐn)?shù)為50%70%。銀紋質(zhì)取向的高分子和/或高分子微小聚集體組成的微纖，直徑和間距為幾到幾十納米，其大小與聚合物的結(jié)構(gòu)、環(huán)境溫度、施力速度、應(yīng)力大小等因素有關(guān)。銀紋主微纖與主應(yīng)力方向呈某一角度取向排列，橫系的存在使銀紋微纖也構(gòu)成連續(xù)相，與空洞連續(xù)相交織在一起成為一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。橫系結(jié)構(gòu)使得銀紋有一定橫向承載能力，銀紋微纖之間可以相互傳遞應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)的形成是由于強(qiáng)度較高的纏結(jié)鏈段被同時轉(zhuǎn)入兩相鄰銀紋微纖的結(jié)果。$$分頁$$
銀紋引發(fā)的原因是聚合物中以及表面存在應(yīng)力集中物，拉伸應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中效應(yīng)。首先在局部應(yīng)力集中處產(chǎn)生塑性剪切變形，由于聚合物應(yīng)變軟化的特性，局部塑性變形量迅速增大，在塑性變形區(qū)內(nèi)逐漸積累足夠的橫向應(yīng)力分量。這是因?yàn)檠乩鞈?yīng)力方向伸長時，聚合物材料必然在橫向方向收縮，就產(chǎn)生抵抗這種收縮傾向的等效于作用在橫向的應(yīng)力場。當(dāng)橫向張力增大到某一臨界值時，局部塑性變形區(qū)內(nèi)聚合物中被引發(fā)微空洞;隨后，微空洞間的高分子和/或高分子微小聚集體繼續(xù)伸長變形，微空洞長大并彼此復(fù)合，最終形成銀紋中橢圓空洞。銀紋體形成時所消耗的能量稱為銀紋生成能，包括消耗的4種形式的能量：生成銀紋時的塑性功，黏彈功，形成空洞的表面功及化學(xué)鍵的斷裂能。
銀紋終止的具體原因有多種，如銀紋發(fā)展遇到了剪切帶，或銀紋端部引發(fā)剪切帶，或銀紋的支化，以及其它使銀紋端部應(yīng)力集中因子減小的因素.
剪切帶具有精細(xì)的結(jié)構(gòu)，其厚度約1μm寬度約5-50μm由大量不規(guī)則的線簇構(gòu)成， 每一條線簇的厚度約0.1μm如圖所示。剪切帶內(nèi)分子鏈或高分子的微小聚集體有很大程度的取向，取向方向?yàn)榍袘?yīng)力和拉伸應(yīng)力合力的方向。剪切帶的產(chǎn)生只是引起試樣形狀改變，聚合物的內(nèi)聚能以及密度基本上不受影響。剪切帶與拉伸力方向間的夾角都接近45°，但由于大形變時試樣產(chǎn)生各向異性，試樣的體積也可能發(fā)生微小的變化， 所以與拉伸力方向間的夾角往往與45°有偏差。單軸拉伸力作用聚合物試樣不能產(chǎn)生剪切帶，單軸壓縮力作用下也可能產(chǎn)生剪切帶，局部大形變處不是出現(xiàn)細(xì)頸，而是鼓凸。拉伸和壓縮作用產(chǎn)生的剪切帶與應(yīng)力方向間的夾角會不同。如PVC,壓縮時剪切帶與壓縮力方向間夾角為46°，拉伸時夾角為55°。取向單元取向情況也會有差別：拉伸時，取向單元取向方向與拉伸力方向間夾角較小;壓縮時，取向單元方向與壓力軸向間夾角較大。
剪切帶的產(chǎn)生和剪切帶的尖銳程度，除與聚合物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)外，還與溫度、形變速率有關(guān)。如溫度過低時，剪切屈服應(yīng)力過高，試樣不能產(chǎn)生剪切屈服，而是橫截面處引發(fā)銀紋，并迅速發(fā)展成裂紋，試樣呈脆性斷裂;溫度過高，整個試樣容易發(fā)生均勻的塑性形變， 只能產(chǎn)生彌散型的剪切形變而不會產(chǎn)生剪切帶。加大形變速率的影響與降低溫度是等效的。
銀紋與剪切帶之間存在相互作用。很多情況下，在應(yīng)力作用下，聚合物會同時產(chǎn)生剪切帶與銀紋，兩者相互作用，成為影響聚合物形變乃至破壞的重要因素。聚合物形變過程中， 剪切帶和銀紋兩種機(jī)理同時存在，相互作用時，使聚合物從脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性破壞。
銀紋與剪切帶的相互作用可能存在三種方式：一是銀紋遇上已存在的剪切帶而得以與其合伙終止，這是由于剪切帶內(nèi)大分子高度取向限制了銀紋的發(fā)展;二是在應(yīng)力高度集中的銀紋尖端引發(fā)新的剪切帶，新產(chǎn)生的剪切帶反過來又終止銀紋的發(fā)展;三是剪切帶使銀紋的引發(fā)與增長速率下降。該理論認(rèn)為橡膠增韌的主要原因是銀紋和剪切帶的大量產(chǎn)生和銀紋與剪切帶相互作用的結(jié)果。橡膠顆粒的第一個重要作用就是充當(dāng)應(yīng)力集中中心，誘發(fā)大量銀紋和剪切帶，大量銀紋或剪切帶的產(chǎn)生和發(fā)展需要消耗大量能量。銀紋和剪切帶所占比例與基體性質(zhì)有關(guān)，基體的韌性越大，剪切帶所占的比例越高;同時，也與形變速率有關(guān)，形變速率增加時，銀紋化所占的比例就會增加。橡膠顆粒第二個重要作用就是控制銀紋的發(fā)展，及時終止銀紋。在外力作用過程中，橡膠顆粒產(chǎn)生形變，不僅產(chǎn)生大量的小銀紋或剪切帶，吸收大量的能量，而且，又能及時將其產(chǎn)生的銀紋終止而不致發(fā)展成破壞性的裂紋。
銀紋-剪切帶理論的特點(diǎn)是既考慮了橡膠顆粒的作用，又肯定了樹脂連續(xù)相性能的影響， 同時明確了銀紋的雙重功能，即銀紋產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量的能量，可提高材料的破裂能;銀紋又是產(chǎn)生裂紋并導(dǎo)致材料破壞的先導(dǎo)。但這一理論的缺陷是忽視了基體連續(xù)相與橡膠分散相之間的作用問題。應(yīng)該說，聚合物多相體系的界面性質(zhì)對材料性能有很大的影響。 $$分頁$$
(6)空穴化理論
空穴化理論是指在低溫或高速形變過程中，在三維應(yīng)力作用下，發(fā)生橡膠粒子內(nèi)部或橡膠粒子與基體界面層的空穴化現(xiàn)象。該理論認(rèn)為：橡膠改性的塑料在外力作用下，分散相橡膠顆粒由于應(yīng)力集中，導(dǎo)致橡膠與基體的界面和自身產(chǎn)生空洞，橡膠顆粒一旦被空化，橡膠周圍的靜水張應(yīng)力被釋放，空洞之間薄的基體韌帶的應(yīng)力狀態(tài)，從三維變?yōu)橐痪S，并將平面應(yīng)變轉(zhuǎn)化為平面應(yīng)力，而這種新的應(yīng)力狀態(tài)有利于剪切帶的形成。因此，空穴化本身不能構(gòu)成材料的脆韌轉(zhuǎn)變，它只是導(dǎo)致材料應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而引發(fā)剪切屈服，阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，消耗大量能量，pvc防撞扶手使材料的韌性得以提高。
(7)WU，s逾滲增韌模型
美國杜邦公司SouhengWu博士提出了臨界粒子間距判據(jù)的概念，對熱塑性聚合物基體進(jìn)行了科學(xué)分類并建立了脆韌轉(zhuǎn)變的逾滲模型，將增韌理論由定性分析推向定量分析。該理論認(rèn)為共混物韌性與基體的鏈結(jié)構(gòu)間存在一定的聯(lián)系，并給出了基體鏈結(jié)構(gòu)參數(shù)一鏈纏結(jié)密度re和鏈的特征比C∞間的定量關(guān)系式，指出聚合物的基本斷裂行為是銀紋與屈服存在競爭。re較小及C∞較大時，基體易于以銀紋方式斷裂，韌性較低;re較大及C∞較小的基體以屈服方式斷裂，韌性較高。鏈纏結(jié)密度re和鏈的特征比C∞間的定量關(guān)系式為：
re=pa/(3MyC∞2)
式中 M7—統(tǒng)計(jì)單元的平均相對分子質(zhì)量;
Pa—非晶區(qū)的密度。
Flory給出了re、C∞兩個參數(shù)的定義如下：
re=pa/Mr,e
式中 Mr,e——纏結(jié)點(diǎn)間的相對分子質(zhì)量。
C∞ = IimR02/nh2
h→∞
式中 R02一無擾鏈均方末端距;
n —統(tǒng)計(jì)單元數(shù);
h2——統(tǒng)計(jì)單元數(shù)均方長度。
nh2為自由聯(lián)結(jié)鏈的均方末端距，因此，C∞可表征真正無擾鏈的柔順性。
Kramer給出了銀紋應(yīng)力σy與re的關(guān)系：
σy∝re1/2
Kambour則給出了歸一化屈服應(yīng)力{σy}的表達(dá)式：
{δy)=ay/σz(Tg-T)J
式中 δy——?dú)w一化屈服應(yīng)力;
ay—— 屈服應(yīng)力;
σz——內(nèi)聚能密度;
Tg——玻璃化轉(zhuǎn)變溫度;
T——測試溫度。
增韌PA6、 PA66均屬于剪切屈服為主要能量耗散形式，表現(xiàn)出較好的韌性。因此只有當(dāng)體系中橡膠粒子間距小于臨界值時才有增韌作用。相反，如果橡膠顆粒間距遠(yuǎn)大于臨界值時，則材料表現(xiàn)為脆性。τc是決定共混物能否出現(xiàn)脆韌轉(zhuǎn)變的特征參數(shù)， 它適用所有增韌共混體系。其理由如下：當(dāng)橡膠粒子相距很遠(yuǎn)時，一個粒子周圍的應(yīng)力場對其它粒子影響很小，基體的應(yīng)力場是這些孤立的粒子的應(yīng)力場的簡單加和，基體塑性變形的能力很小時，表現(xiàn)為脆性。當(dāng)粒子間距很小時，基體總應(yīng)力場是掾膠顆粒應(yīng)力場相互作用的疊加，這樣，使基體應(yīng)力場的強(qiáng)度大為增強(qiáng)，產(chǎn)生塑性變形的幅度增加，表現(xiàn)為韌性。
(8)剛性粒子增韌機(jī)理
剛性粒子分為有機(jī)剛性粒子和無機(jī)剛性粒子。有機(jī)剛性粒子增韌聚合物的增韌機(jī)理有兩種："冷拉"機(jī)理和"空洞化"機(jī)理。Kurauchi等在研究PC/ABS、PC/AS共混物的力學(xué)性能時首先提出了脆性塑料粒子可以提高韌性塑料基體拉伸沖擊強(qiáng)度的概念，并用"冷拉"機(jī)理給予了解釋：拉伸前，ABS、AS都是以球形微粒狀分散在PC基體中，粒徑大約為2μm 和1μm拉伸后。PC/ABS、PC/AS共混物中都沒產(chǎn)生銀紋，但分散相的球形微粒都發(fā)生了伸長變形，變形幅度大于100%，基體PC也發(fā)生了同樣大小的形變。剛性粒子形變過程中發(fā)生大變形的原因在于：在拉伸時，基體樹脂發(fā)生形變，分散相粒子的極區(qū)受到拉應(yīng)力， 赤道區(qū)受到壓應(yīng)力，脆性粒子屈服并與基體產(chǎn)生同樣大小的形變，吸收相當(dāng)多的能量，使共混物的韌性提高。
界面是兩相間應(yīng)力傳遞的基礎(chǔ)，所以界面粘接好壞直接影響剛性粒子的冷拉。如PA6/ AS共混物，不具有增韌效果，其原因在于其界面的粘接力小于屈服應(yīng)力。拉伸時，在分散相AS粒子的兩極首先發(fā)生脫粘，破壞了原有的三維應(yīng)力場，無法達(dá)到使AS屈服冷拉的要求。在PA6/AS共混物中添加增容劑SMA(苯乙烯-馬來酸酐共聚物)，提高了界面粘接強(qiáng)度，消除了分散相粒子兩極脫粘的現(xiàn)象，使共混物的韌性顯著提高。以上分析表明：冷拉增韌機(jī)理只能在拉伸時出現(xiàn)，因?yàn)橐诜稚⑾嗔Ｗ訕O區(qū)形成壓應(yīng)力，共混物界面粘接必須很強(qiáng)，要在極區(qū)避免界面脫粘。
"空洞化"機(jī)理是丫ee等在研究PC/PE共混物增韌機(jī)理時發(fā)現(xiàn)的，認(rèn)為裂尖損傷區(qū)內(nèi)分散相粒子承受三維應(yīng)力，直徑約0.3μm，從界面脫粘，形成空洞化損傷，同時使基體PC 易于產(chǎn)生剪切屈服，共混物得到增韌。朱曉光等使LDPE分散相的直徑減小到lμm以下， 在缺口產(chǎn)生的損傷區(qū)內(nèi)也有空洞化損傷產(chǎn)生，共混物因此得到增韌。 $$分頁$$
20世紀(jì)90年代初發(fā)展了無機(jī)剛性粒子增韌理論。無機(jī)粒子在基體中的分散狀態(tài)有三種情況：無機(jī)粒子無規(guī)分散或聚集成團(tuán)后單獨(dú)分散;無機(jī)粒子如同剛性鏈分散在基體中;無機(jī)粒子均勻而單獨(dú)地分散在基體中。為達(dá)到理想的增韌效果，要盡可能地使粒子均勻分散。拉伸時，基體對粒子的作用是在兩極表現(xiàn)為拉應(yīng)力，在赤道位置為壓應(yīng)力，由于力的相互作用，粒子赤道附近的PP基體也受到來自粒子的反作用力，三個軸向應(yīng)力的協(xié)同作用有利于基體的屈服，而使韌性提高。如果界面粘接的不太牢，在大的拉應(yīng)力作用下，基體和填料粒子會在兩極首先產(chǎn)生界面脫粘，形成空穴，而赤道區(qū)域的壓應(yīng)力以及拉應(yīng)力，會使局部區(qū)域產(chǎn)生剪切屈服。界面脫粘及基體剪切屈服都要消耗很多能量，使復(fù)合材料表現(xiàn)出高韌性。無機(jī)剛性粒子增韌塑料的研究雖然剛剛起步，但隨著無機(jī)粒子微細(xì)化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來納米無機(jī)粒子的出現(xiàn)，無機(jī)剛性粒子增韌增強(qiáng)塑料的研究非?；钴S。
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