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在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，塑料因其輕質(zhì)、耐腐蝕、易加工等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于包裝、汽車、電子、醫(yī)療、建筑等領(lǐng)域。然而，塑料制品在使用過程中常常面臨沖擊、跌落、疲勞等動態(tài)載荷作用，若材料韌性不足，則可能導(dǎo)致脆性斷裂、裂紋擴(kuò)展甚至產(chǎn)品失效。因此，塑料的韌性（Toughness）成為衡量其可靠性和使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

 

韌性是指材料在斷裂前吸收能量的能力，它綜合反映了材料的強(qiáng)度和延展性。高韌性塑料在受到?jīng)_擊時(shí)能夠通過塑性變形分散應(yīng)力，避免突然斷裂；而低韌性塑料則可能在輕微沖擊下發(fā)生脆性破壞，影響產(chǎn)品性能和安全。例如：

 

汽車保險(xiǎn)杠需要高韌性以吸收碰撞能量，保護(hù)車內(nèi)人員安全；

 

電子產(chǎn)品外殼需具備一定韌性，防止跌落時(shí)開裂；

 

食品包裝薄膜需兼具柔韌性和抗穿刺性，避免運(yùn)輸過程中破損。

 

那么，如何科學(xué)評價(jià)塑料的韌性？沖擊性能測試是最常用的方法之一。本文將系統(tǒng)探討塑料韌性的重要性、影響因素、評價(jià)方法，并結(jié)合實(shí)際案例解析如何優(yōu)化塑料的韌性性能。

 

塑料韌性的本質(zhì)

 

韌性與剛性是塑料材料的兩個(gè)重要性能指標(biāo)，它們之間存在一定的對立關(guān)系。剛性大的材料通常不易變形，但韌性較差；而韌性好的材料雖然容易變形，但抗沖擊能力更強(qiáng)。例如，玻璃纖維增強(qiáng)塑料的剛性較高，但其沖擊強(qiáng)度可能不如未增強(qiáng)的塑料。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，通常需要通過合理的改性方法來平衡韌性和剛性，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。

 

塑料韌性的影響因素

 

1. 基體樹脂的特性

 

研究表明，提高基體樹脂的韌性有利于提高增韌塑料的增韌效果，提高基體樹脂的韌性可通過以下途徑實(shí)現(xiàn)：

 

增大基體樹脂的分子量，使分子量分布變得窄??；通過控制是否結(jié)晶以及結(jié)晶度、晶體尺寸和晶型等提高韌性。例如，PP中加入成核劑提高結(jié)晶速率，細(xì)化晶粒，從而提高斷裂韌性。

 

2. 增韌劑的特性和用量

 

①. 增韌劑分散相粒徑的影響——對于彈性體增韌塑料，基體樹脂的特性不同，彈性體分散相粒徑的最佳值也不相同。例如，HIPS中橡膠粒徑最佳值為0.8-1.3μm，ABS最佳粒徑為0.3μm左右，PVC改性的ABS其最佳粒徑為0.1μm左右。

 

②. 增韌劑用量的影響——增韌劑的加入量存在一個(gè)最佳值，這與粒子間距參數(shù)有關(guān)；

 

③. 增韌劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響——一般彈性體的玻璃化溫度越低，增韌效果越好；

 

④. 增韌劑與基體樹脂界面強(qiáng)度的影響——界面粘結(jié)強(qiáng)度對增韌效果的影響不同體系有所不同；

 

⑤. 彈性體增韌劑結(jié)構(gòu)的影響——與彈性體類型、交聯(lián)度等有關(guān)。

 

3、兩相間的結(jié)合力

 

兩相間具備良好的結(jié)合力，可以使得應(yīng)力發(fā)生時(shí)可以在相間進(jìn)行有效的傳遞從而消耗更多的能量，宏觀上塑料的綜合性能就越好，其中尤以沖擊強(qiáng)度的改善最為顯著。通常這種結(jié)合力可以理解為兩相之間的相互作用力，接枝共聚和嵌段共聚就是典型的增加兩相結(jié)合力的方法，不同的是它們通過化學(xué)合成的方法形成了化學(xué)鍵，如接枝共聚物HIPS、ABS，嵌段共聚物SBS、聚氨酯。

 

對于增韌劑增韌塑料而言，屬于物理共混的方法，但是其原理是一樣的。理想的共混體系應(yīng)是兩組分既部分相容又各自成相，相間存在一界面層，在界面層中兩種聚合物的分子鏈相互擴(kuò)散，有明顯的濃度梯度，通過增大共混組分間的相容性，使其具備良好的結(jié)合力，進(jìn)而增強(qiáng)擴(kuò)散使界面彌散，加大界面層的厚度。而這，即是塑料增韌亦是制備高分子合金的關(guān)鍵技術(shù)之所在——高分子相容技術(shù)！

 

塑料韌性的評價(jià)方法

 

用來評價(jià)材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度。因此沖擊強(qiáng)度也稱沖擊韌性。試樣在沖擊強(qiáng)度破壞過程中所吸收的能量與試樣原始橫截面積之比。

 

塑膠沖擊一般分為簡支梁與懸臂梁沖擊。

 

(1)簡支梁沖擊：

 

一般用于汽車保險(xiǎn)杠、電子外殼等韌性材料評估。

 

常用標(biāo)準(zhǔn)：ISO 179、GB/T 1043、ASTM D6110

 

(2)懸臂梁沖擊：

 

一般用于齒輪、醫(yī)療器材等高強(qiáng)度部件的脆性測試。

 

常用標(biāo)準(zhǔn)：ISO 180、GB/T 1843、ASTM D256

 

 

 

塑料增韌案例

 

1、合成樹脂本身韌性不足，需要提高韌性以滿足使用需求，如GPPS、均聚PP等；

2、大幅度提高塑料的韌性，實(shí)現(xiàn)超韌化、低溫環(huán)境長期使用的要求，如超韌尼龍；

3、對樹脂進(jìn)行了填充、阻燃等改性后引起了材料的性能下降，此時(shí)必須進(jìn)行有效的增韌。

通用塑料一般都是通過自由基加成聚合而得，分子主鏈及側(cè)鏈不含極性基團(tuán)，增韌時(shí)添加橡膠粒子及彈性體粒子即可獲得較好的增韌效果；

 

而工程塑料一般是由縮合聚合而得，分子鏈的側(cè)鏈或端基含有極性基團(tuán)，增韌時(shí)可通過加入官能團(tuán)化的橡膠或彈性體粒子較高的韌性。

常用樹脂的增韌劑種類

 

綜上，塑料增韌無論對于結(jié)晶性塑料還是無定形塑料同等重要，而從通用塑料、工程塑料到特種工程塑料其耐熱性逐漸提高，成本價(jià)格也不斷攀升，這樣就對增韌劑的耐熱性、耐老化性等提出了更高的要求，同時(shí)也是對塑料改性增韌技術(shù)一次大的考驗(yàn)，而最重要的也是最關(guān)鍵的一條就是和基體及組分保持良好的相容性！