应力发白现象

应力发白是指聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)和ABS树脂等塑料制品在制造或使用过程中受到外界冲击、拉伸、弯曲等外力作用时产生大量的微裂纹，银纹聚集区或空洞，从而此区域折光指数降低似的材料呈白色的一种现象。虽然应力发白现象出现时产生的微裂纹、银纹和空洞可以吸收能量，提高材料的冲击强度，但是应力发白现象影响产品的外观，甚至导致产品其他方面性能不合格。因此在各个应用领域，聚合物的耐应力发白性能迫切地需要得到改善。应力发白产生的机理虽然应力发白现象比较常见，但人们对其产生机理仍然有争议。归纳起来主要有以下四种观点:1银纹产生机理该观点认为应力发白区与银纹有关，应力发白处聚合物密度降低，折光指数降低，与银纹的性质相似。且银纹大量贯穿在试样的应力发白区，也佐证了这一观点。2空洞形成机理在超高模量聚乙烯中观察到两种不同的空洞，认为拉伸的聚乙烯变白与其内部形成的大量空洞有关。在研究了两种聚合物混合体系的形态和力学特征后，指出通常在两相体系中当一相界面黏附变弱，形成空洞时，就出现了变白现象。3密度变化机理指出密度变化(如微孔和银纹)导致光学不均一性，使得透明度降低，导致发白现象。而在研究聚丁烯/黏土纳米复合材料时，认为形成空洞和微裂纹也会导致聚合物材料应力发白也与密度变化有关。4结构变化机理发现高密度聚乙烯(HDPE)网络状超晶格结构与应力发白现象有很重要的关系。发现高取向结晶在表面和球形核内的不同，可以导致应力发白等现象发生。综上所述，应力发白是指材料在应力作用下而产生的大量微裂纹聚集区(可能包括一定数量的银纹、裂纹和微孔)，由于此区域折光变化而呈白色。下图为材料应力发白的微观图像。应力发白现象的影响因素影响聚合物应力发白现象的内在因素是聚合物本身的分子结构、分子链长度、结晶度和分子结构的规整性等。外在影响因素有应变速率、应变大小、温度等。01分子结构均聚物由于分子规整性高，结晶度更高，材料内部的缺陷少。而共聚物中，以共聚PP为例，乙烯段作为分散相存在，容易在材料受力时引起应力集中，诱发银纹或裂纹的产生，从而更容易产生应力发白的现象。此外，短链聚合物在外力作用下无取向的分子链会缠绕，从而抑制了银纹或裂纹的产生，相对于长链聚合物的应力发白现象变少。02填料弹性体的存在会引起应力集中，引发银纹、裂纹或空洞，从而产生应力发白现象。相对于弹性体，刚性粒子可综合改善PP的性能：如冲击强度、拉伸强度、模量、热变形温度和加工流动性等，刚性粒子同时可以减小材料的塑性形变，从而可抑制应力发白。常用的刚性粒子有：颗粒状的如碳酸钙、硫酸钡和二氧化硅;层状的如滑石粉、云母、和蒙脱土；棒状及针状的晶须如氧化锌晶须。但需要注意选用合适的刚性粒子作为填充物。例如填充物滑石粉本身为浅灰色或者白色，加入后会改变材料内部的结构，PP分子不能完全包裹滑石粉，材料受到弯折时，滑石粉外漏，从而显现出白色，起到反效果。03应变速率应变速率越慢，应力发白现象约明显。嵌段共聚透明抗冲聚丙烯树脂(PPB-MT25-S)在不同高速拉伸下窄平行部分发生应力发白的现象，如下图所示。由左至右分别为未拉伸试样，拉伸速度1、5、10m/s下破坏的试样。可以看出，随着拉伸速度的增加，试样的应力发白区域逐渐变小，保留的透明区域越大。这说明了拉伸速度越大，聚合物的分子链越不容易及时对外力进行响应，在发生分子链构象变化或重排之前，试样已经发生了破坏。04温度当应变速率相同时，温度越低，试样的应力发白区域越小，保留的透明区域越大。这是因为温度越低，聚合物的分子链活动能力越差，越不容易对外力进行响应。总结与展望随着工业上对塑料外观提出更高的要求和材料改性的技术水平的革新，抗应力发白改性塑料具有广阔的应用前景。目前的研究已经有了较为成熟的应力发白机理，研究人员对影响材料应力发白的因素也有了较全面的研究。现有的技术手段都是在PP应力发白的影响因素的基础上开发出来，一般通过改善模具设计、注塑工艺和原材料组成来解决。其中从原材料方面解决的方法有：混合使用不同类型的材料，填料和相容剂，化学交联，添加成核剂，添加遮盖剂。但如果单独应用某种方法改善材料的抗应力发白，通常会使材料的其