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塑料的冲击性能和塑料的韧性
在某些塑料中,冲击强度低是一个很大的弱点,例如PVC、PS、PP等。尤其是PVC性脆,在光照下降解,加工温度下发生热降解,几乎成为一种无用的材料。但是,在PVC中加入改性剂,就可变成为可以接受的材料。通过在PVC中加入大量的增塑剂就可以获得极广泛的用途。随着科学技术的发展,出现了软质塑料和硬质塑料,当时的塑料要么柔而软,要么硬而脆。软质塑料使用寿命短,由于增塑剂的挥发和材料在大气中老化降解而变脆成为硬质塑料。而硬质塑料因为缺乏足够的韧性给塑料工业带来毁灭性的威胁,塑料工业就要开始发展革新性的产品。开发高分子量和低挥发量、或低抽取性的增塑剂挽救了软质和硬质塑料制品,主要是苯乙烯类的产品开发。它们因开发在聚合物结构中引入橡胶组分的技术获新生。
塑料添加剂的开发,可改善塑料生产工艺和提高产品性能。其中增塑剂、稳定剂、冲击改性剂是有利于塑料冲击性能的改善。以下就材料的韧性和刚性及反映材料韧性的冲击性能的测试作一些叙述。
1. 韧性和刚性
韧性和刚性是对立的概念。在力学中有刚度和柔度两个物理量。“刚度”是指物体发生单位形变时所需要的力
的大小;“柔度”则指物体在单位力下所发生的形变大小。可以看出, “刚度”越大的物体,越不容易发生变形(表现在伸长率很小); “柔度”越大的物体越容易发生变形(表现在伸长率较大)。一种理想状态,物体的刚度趋近于无穷大
(或者物体受力作用其变形小到可以忽略的程度),我们就称该物体为刚体。在力学分析时,可以不考虑其自身形变。因此,刚性是反映物体形变难易程度的一个属性。
韧性的材料比较柔软,它的拉伸断裂伸长率、抗冲击强度较大;硬度、拉伸强度和拉伸弹性模量相对较小。而刚性材料它的硬度、拉伸强度较大;断裂伸长率和冲击强度就可能低一些;拉伸弹性模量就较大。
弯曲强度反应材料的刚性大小,弯曲强度大则材料的刚性大,反之则韧性大。在ASTM D790弯曲性能标准试验方法中说,这些测试方法适合于刚性材料也适合于半刚性材料。未说它适合于韧性材料,所以韧性很大的弹性体是不会去测试弯曲强度的。以上说的韧性和刚性与测试的力学性能关系是相对的。可能会出现意外。例如用玻纤增强塑料后,它的刚性变大,但也可能出现拉伸强度和冲击强度都增加的可能。
在冲击,震动荷载作用下,材料可吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。建筑钢材(软钢)、木材、塑料等是较典型的韧性材料。路面、桥梁、吊车梁及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。刚性和脆性一般是连在一起的。脆性是指当外力达到一定限度时,材料发生无先兆的突然破坏,且破坏时无明显塑性变形的性质。脆性材料力学性能的特点是抗压强度远大于抗拉强度,破坏时的极限应变值极小。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都是脆性材料。与韧性材料相比,它们对抵抗冲击荷载和承受震动作用是相当不利的。
作为工程塑料,我们希望它同时具有良好的韧性和刚性。在改善材料的韧性时,还应设法提高刚性。一般加入弹性体可增加韧性,加入无机填料可增加刚性。最有效的方法是将弹性体的增韧和填料的增强结合起来。
2. 塑料冲击改性剂
抗冲击性能差是工业上某些重要塑料的性能缺陷。如PVC、PS、PP等,尤其在低温时因抗冲击性能太低而使其应用受到限制。然而在热塑性塑料中,通过添加“冲击改性