淺談塑料的韌性與沖擊

塑料的韌性與沖擊，是塑膠行業的經常談論的一個話題。添加劑的應用，大大改善塑料生產工藝和提高產品性能。其中增塑劑、穩定劑、沖擊改性劑是有利于塑料沖擊性能的改善，筆者就以下就材料的韌性和剛性做描述。
沖擊強度是材料突然受到沖擊而斷裂時，每單位橫截面上材料可吸收的能量的量度。它反映材料抗沖擊作用的能力，是一個衡量材料韌性的指標。沖擊強度小，材料較脆。
塑料沖擊強度排序(由高到低）：PE、PC、ABS、PA、POM、PP、PS。
助劑的名稱及用途
1：增韌——選彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料。
2：增強——選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機纖維。
 3：阻燃——溴類（普通溴系和環保溴系）、磷類、氮類、氮/磷復合類膨脹型阻燃劑、三氧化二銻、水合金屬氫氧化物。
4： 抗靜電——各類抗靜電劑。
5： 導電——碳類（炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管）、金屬纖維和金屬粉、金屬氧化物。
6：磁性——鐵氧體磁粉、稀土磁粉包括釤鈷類、釹鐵硼類、釤鐵氮類、鋁鎳鈷類磁粉三大類。
7：導熱——金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物；碳類材料；半導體材料。
8：耐熱——玻璃纖維、無機填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺類和β晶型成核劑。
9：透明——成核劑，對PP而言α晶型成核劑的山梨醇系列Millad 3988效果。
10：耐磨——石墨、二硫化鉬、銅粉等。
韌性和剛性
韌性和剛性是對立的概念。在力學中有剛度和柔度兩個物理量。
“剛度”是指物體發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生的形變大小。
韌性越好，則發生脆性斷裂的可能性越小。韌性可在材料科學及冶金學上，韌性是指當承受應力時對折斷的抵抗，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。
韌性的材料比較柔軟，它的拉伸斷裂伸長率、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。
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，還應設法提高剛性。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合起來。
2. 塑料沖擊改性劑
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。從制品的改性效果來看，ACR是綜合性能的一類，MBS是透明制品重要的沖擊改性劑,
在GB/T9341-2000塑料彎曲試驗方法中：只有具有線性應力-應變特性的材料。其彎曲性能才能作為工程設計的依據，而非線性材料的彎曲性能僅是公稱值。對于脆性材料，即難于作拉伸試驗的材料，采用彎曲試驗
1. 穿晶斷裂 穿過晶粒內部破裂的現象，也叫晶內斷裂。穿晶斷裂是一種因拉應力作用而引起的解理斷裂。所謂解理斷裂是指沿特定晶面的斷裂。解理的裂紋源總是起始于晶界，也可起源于孿晶界或第二相界面處。
2. 脆性斷裂 所謂脆性斷裂，就是材料在沒有明顯塑性變形的情況下發生斷裂的現象。換言之，就是斷裂前的變形量很小，沒有明顯的可以覺查出來的宏觀變形量，斷裂過程中材料吸收的能量很小，一般是在低于許允應力條件下的低能斷裂。這種斷裂方式包括：沿晶界面發生斷裂的晶界脆性斷裂（系由于晶界雜質和析出物等的存在而降低了結合力所致）；晶內斷裂的穿晶脆性斷裂；特別是解理面上發生的解理斷裂等。
3. 解理斷裂 在正應力（拉力）作用下，裂紋沿特定的結晶學平面擴展而導致的穿晶脆斷，但有時也可沿滑移面或孿晶界分離。
4. 韌性斷裂 斷裂前產生明顯的塑性變形，斷裂過程中吸收了較多的能量，一般是在高于材料屈服應力條件下的高能斷裂。
5. 韌窩斷裂 在外力作用下因微孔聚集相互貫通而造成的斷裂。
 塑料抗沖擊性能測試
沖擊試驗的方法很多，依據試驗溫度分：有常溫沖擊、低溫沖擊和高溫沖擊三種，我們技術中心只有常溫沖擊；依據試樣首例狀態，可分為彎曲沖擊-簡支梁和懸臂梁沖擊、拉伸沖擊、扭轉沖擊和剪切沖擊，我們只有彎曲沖擊-簡支梁和懸臂梁沖擊；依據采用的能量和沖擊次數，可分為大能量的一次沖擊(簡稱一次沖擊試驗或落錘沖擊試驗)和小能量的多次沖擊試驗(簡稱多次沖擊試驗)。不同材料或不同用途可選擇不同的沖擊試驗方法。并得到不同的結果，這些結果是不能進行比較的。一次沖擊性能試驗得不到表征該材料的固定參數。在這兒僅介紹簡支梁和懸臂梁沖擊試驗。
在沖擊負荷下測定材料的沖擊強度.用于評價材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度.在工程應用上是一項重要指標,反映不同材料抵抗高速沖擊而至破壞的能力.
沖擊試驗的測試標準有ISO179塑料-簡支梁沖擊性能的測定、ISO 180塑料-懸臂梁沖擊性能測定、ASTM D256塑料-懸臂梁沖擊性能測定。ISO標準的沖擊強度單位是kJ/m2;ASTM標準的沖擊強度單位是J/m。