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通常我們常說的塑料的韌性對(duì)于塑料有著很重要的作用,那么怎樣測(cè)試塑料的斷裂伸長(zhǎng)率呢,下面青島賽諾聚乙烯蠟小編為您分析測(cè)試要點(diǎn),希望對(duì)您有用。
一、拋磚引玉
新加坡聚烯烴SPC的聚丙烯PP AW564性能如下表:
性能項(xiàng)目 | 試驗(yàn)條件[狀態(tài)] | 測(cè)試方法 | 測(cè)試數(shù)據(jù) | 數(shù)據(jù)單位 | |
基本性能 | 熔體流動(dòng)速率 | --- | ASTM D-1238 | 9 | g/10min |
密度 | --- | ASTM D-1505 | 0.90 | g/cm3 | |
機(jī)械性能 | 屈服強(qiáng)度 | --- | ASTM D-638 | 260 | kg/cm2 |
斷裂強(qiáng)度 | --- | ASTM D-638 | 240 | kg/cm2 | |
斷裂伸長(zhǎng)率 | --- | ASTM D-638 | 250 | % | |
彎曲模量 | --- | ASTM D-790 | 14,000 | kg/cm2 | |
艾氏沖擊強(qiáng)度 | 23℃ | ASTM D-256 | 9 | kg-cm/cm | |
艾氏沖擊強(qiáng)度 | -20℃ | ASTM D-256 | 5 | kg-cm/cm |
其中斷裂伸長(zhǎng)率250%,低溫切口沖擊強(qiáng)度5kg-cm/cm,用在洗衣機(jī)滾筒里面的,而用在保險(xiǎn)杠的PC/PBT中有高抗沖的,但斷裂伸長(zhǎng)率卻沒有那么高。這兩種材料中,為什么PP料中的時(shí)候要那么高的斷裂伸長(zhǎng)率,這是為什么的呢?PC/PBT中的呢?
二、斷裂伸長(zhǎng)率的概念及與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系
2.1 斷裂伸長(zhǎng)率與沖擊強(qiáng)度關(guān)系
沖擊強(qiáng)度可以看做單位截面破壞時(shí)消耗的能量。撇開面積因素,我們考察能量。能量=力×距離。力是強(qiáng)度因素,就是應(yīng)力;距離就是形變因素,比如斷裂伸長(zhǎng)率什么的。這樣,一個(gè)沖擊強(qiáng)度高的材料,它可能是強(qiáng)度因素顯著(拉伸強(qiáng)度大),而斷裂伸長(zhǎng)率中等或小。所以說,一個(gè)沖擊高的材料,斷裂伸長(zhǎng)率可能不大。
斷裂伸長(zhǎng)率是大是小,取決于基體樹脂分子鏈的柔性。象PE、PP的分子鏈都是柔性分子,斷裂伸長(zhǎng)率都是500以上,當(dāng)然如果加入很多粒徑細(xì)的滑石粉,聚合物分子會(huì)受到填料對(duì)其構(gòu)象變化的限制,從而導(dǎo)致伸長(zhǎng)率降低至幾十個(gè)。玻纖增強(qiáng)PP的伸長(zhǎng)率常有幾個(gè)。PC/PBT這種材料,韌性可以較高,也是高抗沖材料,但是PC、PBT都是分子鏈比較剛性的材料,形變率并不大。所以,沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率不是簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,只有兩種材料的結(jié)構(gòu)類似時(shí)才可以通過沖擊強(qiáng)度比較斷裂伸長(zhǎng)率。
2.2 斷裂伸長(zhǎng)率與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系
說斷裂伸長(zhǎng)率,我覺得用分子量,和聚合度這些表示相關(guān)性更加好應(yīng)該還跟聚集態(tài)結(jié)構(gòu),共混體系的相結(jié)構(gòu)有關(guān)。
斷裂伸長(zhǎng)率與分子量、聚集態(tài)、相結(jié)構(gòu)多少也是有關(guān)系的,但是從根本上講,還是與大分子柔性有關(guān)。下面以PP為例說明。
2.2.1 與分子量有關(guān)
但是大分子柔性已經(jīng)考慮了分子量因素,分子量大的分子柔性大。就像一塊小的鋼板,你很難使其變形,但是大的鋼板自己都忽悠忽悠的,這是尺度變大其剛度下降的類比例子。身材苗條的姑娘顯得婀娜多姿也是同樣道理。
2.2.2 聚集態(tài)也包含在分子柔性里
結(jié)晶PP與非晶PP(熔體急冷可得),盡管結(jié)晶PP的分子鏈柔性下降,但是由于其在拉伸時(shí)構(gòu)象變化可逆,仍然可以看成分子柔性相同,這時(shí)結(jié)晶不結(jié)晶不會(huì)影響其斷裂伸長(zhǎng)率的。取向態(tài)的PP,如BOPP,斷裂伸長(zhǎng)率很小,這時(shí)它的分子剛性也很大,它繃直了以后缺乏了柔性。多相體系方面,PP與PP+GF,這兩個(gè)材料的斷裂伸長(zhǎng)率有很大差別。這是聚集態(tài)不同造成的,但其本質(zhì)就是GF限制了PP分子鏈的運(yùn)動(dòng)性,使PP柔性下降。最后一個(gè)非PP體系--PVC。硬PVC沒有或很少增塑劑,PVC分子之間范德華力很大,分子鏈構(gòu)象受限,分子鏈柔性差,所以斷裂伸長(zhǎng)率只有數(shù)十個(gè)。增塑后的軟PVC,則因增塑劑的加入“隔離”了PVC分子鏈之間的范德華力作用,PVC分子鏈互相牽制受限的狀態(tài)被解除(不是完全解除),PVC分子鏈柔性大大提高,于是斷裂伸長(zhǎng)率增大到100-500%。這些事例充分說明,無論是基體樹脂的聚集態(tài),還是塑料的多相結(jié)構(gòu),其斷裂伸長(zhǎng)率的根本影響因素都可以歸結(jié)為分子鏈的柔性。
2.2.3 為什么分子鏈的柔性會(huì)決定斷裂伸長(zhǎng)率呢?
因?yàn)槔熳冃蔚倪^程本質(zhì)上就是一個(gè)“消耗”高分子鏈柔性(構(gòu)象變化能力)的過程。
三、斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試要素
3.1 拉伸速度
塑料屬于粘彈性材料,它的應(yīng)力松弛過程與變形速率密切相關(guān),應(yīng)力松弛需要一個(gè)時(shí)間過程。當(dāng)?shù)退倮鞎r(shí),分子鏈來得及位移重排,呈現(xiàn)韌性行為,則出現(xiàn)為;拉力強(qiáng)度減少,而斷裂伸長(zhǎng)率增大。高速拉伸時(shí),高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)跟不上歪理作用的速度,呈現(xiàn)脆性行為,則出現(xiàn)為;拉伸強(qiáng)度增加,斷裂伸長(zhǎng)率減少。所以不同品種的塑料拉伸速度的敏感程度不同。硬而脆的塑料對(duì)拉伸比較敏感,一般采用較低拉伸速度,韌性對(duì)拉伸速度敏感性較小,可以采用較快的拉伸速度。
3.2 產(chǎn)品微小的瑕疵
實(shí)際上即使是相同材料,不同樣條之間的斷裂伸長(zhǎng)率也是有波動(dòng)的,因樣條內(nèi)部有缺陷,應(yīng)力集中物和內(nèi)部微裂紋導(dǎo)致材料內(nèi)部變形集中。
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