影响塑料抗冲击性的因素都有哪些?

1 什么是塑料的抗冲击性?

塑料的抗冲击性是指材料承受突然冲击而不变形的能力。就其性质而言,塑料材料可以表现出不同程度的抗冲击性。有些塑料本质上很脆,而另一些则具有延展性,可以吸收显著的冲击能量。从本质上讲,抗冲击塑料的设计旨在平衡强度、柔韧性和耐用性。这使它们能够承受冲击力并提供可靠的性能。

耐用性(材料承受磨损、磨损和其他形式随时间降解的能力)和韧性(在断裂前吸收能量的能力)确保抗冲击塑料能够在要求苛刻的应用中可靠地运行。

抗冲击塑料的性能

在考虑抗冲击塑料时,必须了解有助于其承受冲击能力的具体特性。以下是抗冲击塑料的一些一般特性的细分:

  • 高韧性:这是指材料在断裂前吸收能量并塑性变形的能力。它是抗冲击性的关键因素。

  • 灵活性:一些抗冲击塑料表现出一定程度的柔韧性。这使得它们在撞击时弯曲或变形,从而消散能量。

  • 耐用性:这些材料旨在承受反复冲击和恶劣条件。从而确保长期性能。

  • 耐化学性:许多抗冲击塑料还具有良好的耐化学性。这对于各种环境中的应用至关重要。

  • 温度稳定性:在一定温度范围内保持抗冲击性的能力至关重要。这是因为温度变化会显著影响材料的性能。

  • 重量轻:通常,这些塑料具有良好的强度重量比。因此,它们非常适合需要减轻重量的应用。

影响塑料抗冲击性的因素

实现塑料的高抗冲击性需要仔细控制几个因素。下面详细解释这些:

聚合物结构

塑料的抗冲击性与其结构和成分密切相关。塑料的分子排列显着影响其吸收冲击的能力。以下是这些因素的细分:

  • 聚合物链:聚合物链的长度和排列显着影响抗冲击性。较长的链条往往缠绕得更多,从而增加韧性。聚合物链中柔性片段的存在允许在冲击过程中吸收能量。

  • 共聚:通过共聚将不同的单体结合在一起,产生具有增强抗冲击性的材料。例如,在 ABS 中,丁二烯橡胶成分提供了必要的柔韧性。

  • 分子量:由于链缠结增加,高分子量聚合物通常表现出更大的冲击强度。

添加剂

可以在塑料中添加多种聚合物添加剂以增强其冲击强度。例如抗冲改性剂、增塑剂、纳米颗粒、增强剂(填料和纤维)等。让我们详细了解一下它们的作用:

  • 抗冲击改性剂:这些添加剂通常是弹性体(橡胶聚合物),被掺入塑料基体中以吸收冲击能量。它们在聚合物基质内形成一个分散相,可以变形和耗散能量。这可以防止裂纹扩展,从而使材料表现出更高的延展性和韧性。

  • 增塑剂:它们增加了塑料的柔韧性和延展性。这增强了它们承受冲击的能力。

  • 纳米颗粒:在某些情况下,可以添加纳米颗粒来增强聚合物基质并提高抗冲击性。

  • 增强添加剂:纤维(例如玻璃纤维、碳纤维)和颗粒填料可以增强聚合物基体。从而增加强度和抗冲击性。这些填料提供结构支撑并可以吸收冲击能量。填料的尺寸和分布在确定其增强冲击强度的有效性方面起着至关重要的作用。这种纵横比的差异会导致性能差异,而这种差异会随着纤维长度的增加而增强。然而,在降解行为中,作为连续介质的纤维可以在复合材料内部传输腐蚀性因素,例如水分。


玻璃纤维增强聚丙烯(PP)中性能对纤维长度的依赖性 

聚合物共混物

组合不同的聚合物可以创造出具有定制冲击特性的混合物。例如,将脆性聚合物与延展性聚合物混合可以产生具有更高韧性的材料。聚合物共混成功的关键是两种聚合物的相容性。


分离的聚合物在混合物中的分散方式非常重要。理想的情况是抗冲改性剂在基础聚合物内具有非常精细的分散性。Zhang等人使用乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯(EMAGMA)作为聚乳酸(PLA)/聚醚嵌段酰胺(PEBA)混合物的反应性界面相容剂,并实现了高达500 J/m的冲击强度,同时将抗拉强度保持在50 MPa。

这些三元共混物的性能改善归因于其在PLA基质中EMAGMA部分封装PEBA的独特形貌。界面空化和相间良好的附着力导致PLA基体产生大量剪切屈服。


超强化 PLA 共混物的组分、形貌和冲击强度

温度

许多塑料在较低温度下会变得更加脆,从而降低其抗冲击性。在较高的温度下,它们通常变得更具延展性并且能够更好地吸收冲击。然而,过多的热量也会软化一些塑料,从而降低结构完整性。

材料厚度

一般来说,较厚的材料表现出更高的抗冲击性。然而,超过一定点,厚度增加可能会引入内应力或影响冷却。这会稍微降低整体韧性。

陷波灵敏度

尖角或凹口会产生应力集中点,使材料更容易断裂。