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从塑料制品的改性理解韧性和刚性

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从塑料制品的改性理解韧性和刚性

发布日期:2015-05-13 作者: 点击:

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。

    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。


什么是塑料?

     塑料是在一定条件下,一类具有可塑性的高分子材料的通称,一般按照它的热熔性把它们分成:热固性塑料和热塑性塑料。它是世界三大有机高分子材料之一(三大高分子材料是塑料,橡胶,纤维)。

塑料的英文名是plastic,俗称:塑胶。

    塑料的种类繁多,工艺繁多,本材料只介绍一点注塑用的塑料材料。

为什么有人称塑料为树脂?

    人类最早认识的高分子材料都是树皮割破后流出的液体的提取物,呈粘稠状,也就是说它是树中提取的脂。因此,目前仍然有很多人把这种高分子材料叫树脂。但随着现代化工工业的发展,现在所用的高分子材料都是石油化工产品或石油化工的副产品或石油合成产品。现代的塑料已经不是树中提取物了,而是石化产品。


塑料的本色和牌号

    一般的塑料合成以后,从合成塔出来,都是面粉状的粉末,不能用来直接生产产品,这就是人们常说的从树汁中提取出脂的成份是一样的,也称为树脂,也叫粉料,这是一种纯净的塑料,它流动性差,热稳定性低,易老化分解,不耐环境老化;因此,人们为了改善以上缺陷,在树脂粉中加入热稳定剂,抗老化剂,抗紫外光剂,加入增塑剂增加它的流动性,生产出适应各种加工工艺的,有特殊性能的,不同牌号的塑料品种。所以,同一种塑料品种有很多牌号,如:ABS就有注塑级的,有挤出级的,有电镀级的,有高刚性的,有很大柔韧性的,等,这才是目前人们普遍所使用的塑料,它们都经过造粒,都是颗粒料。目一种牌号的塑料,适应目一种工艺,或注塑,或挤出,或压延,或吸塑等


塑料的分子结构

     一般塑料的分子结构,都是线性的高分子链或带支链的高分子链段,有结晶和非结晶两种,塑料材料的性能与其结晶性能有很大的关系,与其分子结构有很大的关系,也与其组成的元素有很大的关系,一般来说,塑料的结晶率越大,其透光性就越差;带脂基的,带氨基的,带醇基的,比较易吸水,比较容易因水的作用分解,加工时,也比较难烘干;带烯烃基的,塑料的柔性就好,带苯环的,塑料比较刚硬。由于塑料的分子结构千差万别,形成了不同品种的,性能差异很大,不同牌号的上万种产品。


塑料的燃烧

     一般的塑料都能燃烧,燃烧时发出它特有的气味和火焰,这是由它的组成元素而决定的,这些可以用于塑料产品的识别。如:PVC燃烧时就发出绿光。同时,由于塑料能燃烧,用于家用电器产品的塑料都要求有自息性能,或加阻燃剂,必须符合美国UL—94标准。


塑料的优点

A:质轻,比重小,最小为TPX,只有0.83;最大的为聚氟乙烯,为2.2

B:比强度高,有很多种塑料的比强度超过钢材

C:不溶于水,耐化学腐蚀,耐酸,耐碱。

D:不导电,是优良的绝缘材料;不导热,是优良的隔热材料,也能隔音。

E:比较耐磨,有独特的自润滑性能,有些材料的耐疲劳性能好过钢材。如POM


有人这样形容塑料的性能:

象棉花一样洁白

象玻璃一样透明

象海绵一样轻软

象陶瓷一样绝缘

象钢材一样强韧

象石棉一样隔热

象金子一样防锈

做成齿轮,不用润滑。


塑料的缺点:

A:表面硬度低,容易刮伤

B:蠕变性大,不能承受重载荷

C:弹性模量小

D:不耐高温


塑料的用途:

    由于塑料的这些特殊的性能,塑料用于各类工业产品包装,农业中地表薄膜,输水管道,家用电器外壳,医疗器械,电线,电缆,通讯,航空等所有的现代人所从事领域。



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