聚合物材料的增韧机理分析

 

    一、冲击性能与韧性的关系

 

    聚合物材料的冲击性能与材料的韧性直接相关。韧性定义为聚合物材料吸收作用于自身能量的能力。在对材料试样进行拉伸时，应力一应变曲线下的面积直接正比于材料的韧性。

 

    冲击强度也是韧性的一种量度，它是材料在冲击负载下抵抗破裂的能力或在高速应力作用下抗断裂的能力。一种材料的冲击强度越高，韧性就越大。

 

    二、分子柔性的作用

 

    分子的柔性在决定聚合物相对的脆性和韧性方面起着重要作用。例如，聚苯乙烯和聚丙烯酸酯类刚性聚合物的分子链段不能通过解缠结面对作用应力作出快速响应，这种材料受冲击时会发生脆性破坏。相反，柔性聚合物例如增塑的乙烯基树脂，由于分子的大链段能解缠结，可对机械应力作出快速响应，所以具有高的冲击强度。以下是分子柔性比较：

 

    三、聚合物的4种破坏类型

 

    多数聚合物在经受冲击载荷时，都以一种特殊方式发生破坏。由于冲击载荷的作用，在聚合物表面会引发裂缝。引发裂缝的能量叫做裂缝引发能量，如果载荷超过了裂缝引发能量，则裂缝继续发展。当载荷超过了裂缝扩展能量，就发生完全的破坏。因此，裂缝引发和扩展能量都对冲击强度有直接影响。一般认为，聚合物在不同的冲击载荷作用下，破坏类型大致可分为以下4种。

 

    1、脆性破坏：在这种破坏中，制件严重破坏而不发生屈服现象。例如通用聚苯乙烯总是呈瞬间机械破坏。

 

    2、轻微开裂：制件上出现轻微开裂和屈服，但不改变其形状或完整性。

 

    3、屈服：制件出现明显的变形和应力发白，但无裂缝产生。

 

    4、延性破坏：这种破坏的特征是除产生裂缝外，材料还有一定的屈服。聚碳酸酯可认为是一种延性材料。

 

    许多时候，以上4种破坏形式之间的界限并不十分明显，常常发生某种程度的重叠现象。

 

    四、如何提高聚苯乙烯树脂？

 

    1.聚苯乙烯(PS)的优缺点

 

    聚苯乙烯(PS)树脂具有良好的加工性、刚性、透明性、染色性、尺寸稳定性以及低的吸水性和优良的电绝缘性。但是PS也有许多缺点，如对某些化学品及高脂、高油食物的敏感性强、耐紫外线能力差，特别是冲击强度低。

 

    2.改性方法

 

    为了提高聚苯乙烯树脂(PS)的冲击强度，人们采用苯乙烯与丙烯睛共聚的方法，制得SAN树脂。SAN树脂冲击强度虽然比PS高，但仍然不能满足用户的要求，于是人们想到了用橡胶来改性树脂，以提高其冲击强度。这样，便产生了高冲聚苯乙烯(HIPS)、ABS树脂等。

 

    ABS树脂中橡胶的接枝共聚物约占10%一30%，SAN树脂占70%一90%并形成连续相。橡胶接枝共聚物星星点点的分散在连续的树脂相中，形成所谓的“海岛”结构。连续的脆性树脂相中，掺入了橡胶接枝共聚物以后，树脂与橡胶接枝共聚物的混合物与纯树脂相比，性能发生了很大变化，特别是抗冲击性变化最为明显。

 

    3.分析比较

 

    在脆性树脂中，加人5%一20%(质量)的橡胶，则可使脆性树脂的抗冲击强度提高几倍乃至几十倍。脆性的PS树脂、SAN树脂加入橡胶相制备的HIPS、ABS树脂的抗冲击强度比PS、SAN树脂提高几倍至数十倍。

 

ABS保险杠

 

    当变形至断裂时，ABS接枝共聚物明显比SAN树脂吸收了更多的能量，与纯SAN树脂相比断裂伸长率增大，与纯弹性体相比拉伸强度增大，大大提高了材料的韧性。这应归功于屈服过程，在这个过程中，能量引发了楔形微观空穴(裂纹)式的变形,或者发生了共聚物链基体的剪切屈服变形现象。因为ABS基体中分散有橡胶粒子，在拉应力作用下，会同时发生这二种变形。

 

    五、结论

 

    分析上述现象可知，聚合物中两种以上相区的存在是高强度、高韧性的先决条件。这种变形机理和弹性粒于对基体参数的影响可用电子显徽技术来探究。

 

研究对脆性树脂进行改性来增加其韧性的理论工作很多，温变英等人对增韧理论进行过综述。冯继云对共混物增韧机理的新进展作过综述。

 

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