从塑料制品的改性来理解韧性和刚性

作者:   发布时间:2018/4/3 10:10:14   浏览次数:3499

塑料的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，物性表的拉伸断裂伸长率、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。

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“冲击改性剂”就能大大提高它们的抗冲击性能。

冲击改性剂的品种很多，常用的有ACR-丙烯酸酯类树脂、MBS-甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、CPE-氯化聚乙烯、ABS、EVA、EPT-三元乙丙胶等。从塑料制品的改性效果来看，ACR是综合性能最好的一类，MBS是透明制品重要的冲击改性剂,在全球冲击改性剂市场中占有重要地位。冲击改性剂虽然可以提高冲击强度，但对其他机械强度有不利的影响。如MBS加入PVC中使拉伸强度和弯曲强度下降。ACR的加入，也会使HPVC-高分子量PVC的拉伸强度、硬度和维卡耐热性有所下降。CPE的加入，也使共混物的拉伸强度、弯曲强度、维卡软化点下降。所以使用冲击改性剂时，必须兼顾其他性能，予以综合考虑。以确定合适的用量。