從塑料制品的改性理解韌性和剛性
塑料的韌性和剛性是對立的概念。在力學(xué)中有剛度和柔度兩個物理量。“剛度”是指物體發(fā)生單位形變時所需要的力的大小;“柔度”則指物體在單位力下所發(fā)生的形變大小??梢钥闯? “剛度”越大的物體,越不容易發(fā)生變形(表現(xiàn)在伸長率很小); “柔度”越大的物體越容易發(fā)生變形(表現(xiàn)在伸長率較大)。
一種理想狀態(tài),物體的剛度趨近于無窮大(或者物體受力作用其變形小到可以忽略的程度),我們就稱該物體為剛體。在力學(xué)分析時,可以不考慮其自身形變。因此,剛性是反映物體形變難易程度的一個屬性。
韌性的材料比較柔軟,物性表的拉伸斷裂伸長率、抗沖擊強度較大;硬度、拉伸強度和拉伸彈性模量相對較小。
而剛性材料它的硬度、拉伸強度較大;斷裂伸長率和沖擊強度就可能低一些;拉伸彈性模量就較大。彎曲強度反應(yīng)材料的剛性大小,彎曲強度大則材料的剛性大,反之則韌性大。在ASTM D790彎曲性能標準試驗方法中說,這些測試方法適合于剛性材料也適合于半剛性材料。未說它適合于韌性材料,所以韌性很大的彈性體是不會去測試彎曲強度的。
以上說的韌性和剛性與測試的力學(xué)性能關(guān)系是相對的??赡軙霈F(xiàn)意外。例如用玻纖增強塑料后,它的剛性變大,但也可能出現(xiàn)拉伸強度和沖擊強度都增加的可能。在沖擊,震動荷載作用下,材料可吸收較大的能量產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)稱為韌性或沖擊韌性。建筑鋼材(軟鋼)、木材、塑料等是較典型的韌性材料。路面、橋梁、吊車梁及有抗震要求的結(jié)構(gòu)都要考慮材料的韌性。
剛性和脆性一般是連在一起的。脆性是指當外力達到一定限度時,材料發(fā)生無先兆的突然破壞,且破壞時無明顯塑性變形的性質(zhì)。脆性材料力學(xué)性能的特點是抗壓強度遠大于抗拉強度,破壞時的極限應(yīng)變值極小。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都是脆性材料。與韌性材料相比,它們對抵抗沖擊荷載和承受震動作用是相當不利的。
作為工程塑料,我們希望它同時具有良好的韌性和剛性。在改善材料的韌性時,還應(yīng)設(shè)法提高剛性。一般加入彈性體可增加韌性,加入無機填料可增加剛性。有效的方法是將彈性體的增韌和填料的增強結(jié)合起來。
抗沖擊性能差是工業(yè)上某些重要塑料的性能缺陷。如PVC、PS、PP等,尤其在低溫時因抗沖擊性能太低而使其應(yīng)用受到限制。然而在熱塑性塑料中,通過添加“沖擊改性劑”就能大大提高它們的抗沖擊性能。
沖擊改性劑的品種很多,常用的有ACR-丙烯酸酯類樹脂、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-三元乙丙膠等。從塑料制品的改性效果來看,ACR是綜合性能好的一類,MBS是透明制品重要的沖擊改性劑,在全球沖擊改性劑市場中占有重要地位。沖擊改性劑雖然可以提高沖擊強度,但對其他機械強度有不利的影響。如MBS加入PVC中使拉伸強度和彎曲強度下降。 ACR的加入,也會使HPVC-高分子量PVC的拉伸強度、硬度和維卡耐熱性有所下降。CPE的加入,也使共混物的拉伸強度、彎曲強度、維卡軟化點下降。所以使用沖擊改性劑時,必須兼顧其他性能,予以綜合考慮。以確定合適的用量。
什么是塑料?
塑料是在一定條件下,一類具有可塑性的高分子材料的通稱,一般按照它的熱熔性把它們分成:熱固性塑料和熱塑性塑料。它是世界三大有機高分子材料之一(三大高分子材料是塑料,橡膠,纖維)。
塑料的英文名是plastic,俗稱:塑膠。
塑料的種類繁多,工藝繁多,本材料只介紹一點注塑用的塑料材料。
為什么有人稱塑料為樹脂?
人類早認識的高分子材料都是樹皮割破后流出的液體的提取物,呈粘稠狀,也就是說它是樹中提取的脂。因此,目前仍然有很多人把這種高分子材料叫樹脂。但隨著現(xiàn)代化工工業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)在所用的高分子材料都是石油化工產(chǎn)品或石油化工的副產(chǎn)品或石油合成產(chǎn)品?,F(xiàn)代的塑料已經(jīng)不是樹中提取物了,而是石化產(chǎn)品。
塑料的本色和牌號
一般的塑料合成以后,從合成塔出來,都是面粉狀的粉末,不能用來直接生產(chǎn)產(chǎn)品,這就是人們常說的從樹汁中提取出脂的成份是一樣的,也稱為樹脂,也叫粉料,這是一種純凈的塑料,它流動性差,熱穩(wěn)定性低,易老化分解,不耐環(huán)境老化;因此,人們?yōu)榱烁纳埔陨先毕?,在樹脂粉中加入熱穩(wěn)定劑,抗老化劑,抗紫外光劑,加入增塑劑增加它的流動性,生產(chǎn)出適應(yīng)各種加工工藝的,有特殊性能的,不同牌號的塑料品種。所以,同一種塑料品種有很多牌號,如:ABS就有注塑級的,有擠出級的,有電鍍級的,有高剛性的,有很大柔韌性的,等,這才是目前人們普遍所使用的塑料,它們都經(jīng)過造粒,都是顆粒料。目一種牌號的塑料,適應(yīng)目一種工藝,或注塑,或擠出,或壓延,或吸塑等
塑料的分子結(jié)構(gòu)
一般塑料的分子結(jié)構(gòu),都是線性的高分子鏈或帶支鏈的高分子鏈段,有結(jié)晶和非結(jié)晶兩種,塑料材料的性能與其結(jié)晶性能有很大的關(guān)系,與其分子結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系,也與其組成的元素有很大的關(guān)系,一般來說,塑料的結(jié)晶率越大,其透光性就越差;帶脂基的,帶氨基的,帶醇基的,比較易吸水,比較容易因水的作用分解,加工時,也比較難烘干;帶烯烴基的,塑料的柔性就好,帶苯環(huán)的,塑料比較剛硬。由于塑料的分子結(jié)構(gòu)千差萬別,形成了不同品種的,性能差異很大,不同牌號的上萬種產(chǎn)品。
塑料的燃燒
一般的塑料都能燃燒,燃燒時發(fā)出它特有的氣味和火焰,這是由它的組成元素而決定的,這些可以用于塑料產(chǎn)品的識別。如:PVC燃燒時就發(fā)出綠光。同時,由于塑料能燃燒,用于家用電器產(chǎn)品的塑料都要求有自息性能,或加阻燃劑,必須符合美國UL—94標準。
塑料的優(yōu)點
A:質(zhì)輕,比重小,小為TPX,只有0.83;大的為聚氟乙烯,為2.2
B:比強度高,有很多種塑料的比強度超過鋼材
C:不溶于水,耐化學(xué)腐蝕,耐酸,耐堿。
D:不導(dǎo)電,是優(yōu)良的絕緣材料;不導(dǎo)熱,是優(yōu)良的隔熱材料,也能隔音。
E:比較耐磨,有獨特的自潤滑性能,有些材料的耐疲勞性能好過鋼材。如POM
有人這樣形容塑料的性能:
象棉花一樣潔白
象玻璃一樣透明
象海綿一樣輕軟
象陶瓷一樣絕緣
象鋼材一樣強韌
象石棉一樣隔熱
象金子一樣防銹
做成齒輪,不用潤滑。
塑料的缺點:
A:表面硬度低,容易刮傷
B:蠕變性大,不能承受重載荷
C:彈性模量小
D:不耐高溫
塑料的用途:
由于塑料的這些特殊的性能,塑料用于各類工業(yè)產(chǎn)品包裝,農(nóng)業(yè)中地表薄膜,輸水管道,家用電器外殼,醫(yī)療器械,電線,電纜,通訊,航空等所有的現(xiàn)代人所從事領(lǐng)域。