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作為一名材料行業(yè)從業(yè)者，常需要根據(jù)客戶需求選擇合適的原料牌號(hào)，當(dāng)我們接觸一個(gè)新牌號(hào)的時(shí)候，第一個(gè)要看的，就是物性表（Technical Data Sheet，簡(jiǎn)稱TDS）。

 

里面不外乎幾個(gè)主要的指標(biāo)：密度，熔指，熔點(diǎn)，軟化點(diǎn)，屈服拉伸強(qiáng)度/伸長(zhǎng)率，斷裂拉伸強(qiáng)度/伸長(zhǎng)率，簡(jiǎn)支梁沖擊能量，彈性模量；薄膜級(jí)的還會(huì)有落鏢沖擊強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度，霧度，光澤度等等。

 

然后就是xx公司的說明：這個(gè)材料非常非常適合什么加工方式，完美的詮釋了什么什么性能，材料很好、非常好、特別好之類的。

圖 | TDS數(shù)據(jù)表示例

 

一、看了以上數(shù)據(jù)表后，腦海中直接得出如下結(jié)論：

1. 屈服拉伸強(qiáng)度決定了最終產(chǎn)品的承載性能。也就是說，產(chǎn)品的使用性能由屈服拉伸強(qiáng)度決定。

2. 斷裂伸長(zhǎng)率與材料的沖擊性能有密切的關(guān)系；

3. 決定屈服拉伸強(qiáng)度的因素主要是：共聚單體類型（就是我們說的碳4，還是碳6，碳8啊之類的），分子量分布等。

 

有人肯定會(huì)問，那為什么還要看拉伸強(qiáng)度？

拉伸強(qiáng)度決定了材料的許用應(yīng)力！

 

二、拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的說明：

這是幾條不同材料的典型的應(yīng)力應(yīng)變曲線：

第一條曲線：是脆性的材料，比如，石頭。

第二條曲線：是高剛度的材料，比如硬質(zhì)塑料，聚苯乙烯（PS）等；

第三條曲線：典型的聚乙烯受力和變形的曲線；

第四條曲線：典型的橡膠材料。

 

我們這里只說第三條。

 

圖中坐標(biāo)的橫軸表示材料的變形量，就是應(yīng)變（伸長(zhǎng)率）；縱軸表示材料受力的數(shù)值，就是應(yīng)力。

 

曲線上有兩個(gè)點(diǎn)：

B點(diǎn)：在縱軸上的讀數(shù)，就是屈服拉伸強(qiáng)度。

C點(diǎn)：在縱軸上的讀數(shù)，就是斷裂拉伸強(qiáng)度。

需要說明一點(diǎn)，C點(diǎn)的數(shù)值不是必然大于B的。

 

在B點(diǎn)，橫軸上的數(shù)值是Ey，表示材料發(fā)生了Ey大小的變形（延長(zhǎng)），這是拉伸屈服伸長(zhǎng)率。記住，理論上，這個(gè)變形是可以還原的；實(shí)際上，是可以大部分還原的。之后發(fā)生的變形，都是不可還原的了。

 

在C點(diǎn)，橫軸的數(shù)值是Eb，表示材料發(fā)生了Eb大小的變形。這個(gè)數(shù)值是材料的極限了。也就是說，到這里，材料不能繼續(xù)伸長(zhǎng)，斷掉了！這就是斷裂伸長(zhǎng)率。

 

好了，基礎(chǔ)部分就簡(jiǎn)單的介紹完了，下面是原理部分。

 

剛說了，聚乙烯在受力時(shí)的變形，開始的時(shí)候是可以恢復(fù)的，之后就不能了。好像我們拉一個(gè)彈簧，在一定范圍內(nèi)，彈簧會(huì)縮回去，但是力太大了，彈簧就拉直了，不能恢復(fù)了。

 

 

聚乙烯原理一樣。但是聚乙烯的什么地方起到了彈簧圓圈的作用呢？我們看看下面這個(gè)圖：

 

圖 | 聚乙烯試樣拉伸時(shí)球晶結(jié)構(gòu)的變化過程

 

從圖上可以看出來，聚乙烯的球晶起到了彈簧的作用。那么在屈服拉伸強(qiáng)度之內(nèi)，球晶是可以復(fù)原的；而在屈服強(qiáng)度之外，球晶就被打開了，成為分子間的鏈，回不去了，宏觀的表現(xiàn)就是聚乙烯材料被拉長(zhǎng)了。最后，在斷裂拉伸強(qiáng)度的時(shí)候，材料被拉斷。

 

在整個(gè)拉伸變形的過程中，分子一直在吸收能力，也就是受力。這樣更高伸長(zhǎng)率代表著更多能量的吸收，因此產(chǎn)品表現(xiàn)出來的性能就更好。

 

產(chǎn)品的使用中，我們希望材料能夠承受更大的拉力，不發(fā)生不可逆的變形，那需要怎么選擇材料呢？

 

我們要看一下兩個(gè)指標(biāo)：

 

1. 共聚單體的類型

 

先上圖：

圖 | 短支鏈（共聚單體）類型對(duì)LLDPE的拉伸形變曲線的影響

 

從上圖我們可以看出來，在相似的密度和熔指下，碳6共聚單體的聚乙烯材料，比常見的碳4的聚乙烯材料，表現(xiàn)出更好的屈服強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

 

原因在于，碳6共聚的聚乙烯材料，在分子間存在更多的長(zhǎng)支鏈，大幅提高了聚乙烯的韌性。從物理性能上看，極大的提高了沖擊性能。

 

同時(shí)，因?yàn)楦咛脊簿蹎误w的作用，材料的抗環(huán)境應(yīng)力（ESCR）性能也會(huì)大幅提高。

 

歐美同行開發(fā)產(chǎn)品的時(shí)候，對(duì)材料的第一個(gè)問題一般就是問這個(gè)材料共聚單體是碳幾的？希望我們這邊也會(huì)逐漸的更加專業(yè)！

 

2. 分子量的影響

 

微觀上看，聚乙烯是一種混和物。不同長(zhǎng)度的分子鏈糾纏在一起，形成我們?nèi)庋劭吹降男螒B(tài)。那么，隨著分子量增加，也就是分子鏈的延長(zhǎng)，系帶分子、也就是支鏈會(huì)增加。這樣會(huì)提高產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

 

比如LDPE和LLDPE品種，LDPE分子很少支鏈，而LLDPE會(huì)有很多支鏈，所以相比起來，LLDPE表現(xiàn)出更好的物理性能，而LDPE表現(xiàn)出更好的光學(xué)性能（透明度，光澤度，因?yàn)榉肿恿康?，結(jié)晶少）。

 

再比如普通的齊格勒納塔（ZN）催化劑生產(chǎn)的聚乙烯和茂金屬（MAO）催化劑生產(chǎn)的聚乙烯。因?yàn)槊饘倬垡蚁└?、更均勻的分子量分布，所以表現(xiàn)出更好的力學(xué)性能，甚至光學(xué)性能。相比LLDPE，茂金屬聚乙烯（MPE）物理性能的提升是全面的，超越性的。

 

 

 

還要說明的一點(diǎn)是，我們常常對(duì)不同的材料進(jìn)行比較。有些性能之間是反向關(guān)系的，比如密度和沖擊強(qiáng)度。

 

想說的是，這個(gè)比較是有前提的：那就是，要在同樣催化劑體系下，同樣的共聚單體條件下比較。比如，你用這樣的規(guī)則比較同樣是ZN催化劑，C4共聚單體的密度為0.934和0.938的材料，是可以的，結(jié)論是正確的。但是如果你比較ZN，C4，密度0.934和茂金屬C6，密度0.940的牌號(hào)，那就不正確了。

 

或者打個(gè)比方，摔跤的時(shí)候，要同樣重量級(jí)的比賽，不能跨重量級(jí)比賽。25kg重量級(jí)選手是很難贏80kg重量級(jí)選手的！