高分子物理银纹现象详解

高分子物理银纹现象详解演示文稿第1页，共20页。优选高分子物理银纹现象第2页，共20页。（二）影响抗冲击强度的因素1、

缺口的影响

冲击实验时，有时在试样上预置缺口，有时不加缺口。有缺口试样的抗冲强度远小于无缺口试样，原因在于有缺口试样已存在表观裂纹，冲击破坏吸收的能量主要用于裂纹扩展。

另外缺口本身有应力集中效应，缺口附近的高应力使局部材料变形增大，变形速率加快，材料发生韧-脆转变，加速破坏。缺口曲率半径越小，应力集中效应越显著，因此预置缺口必须按标准严格操作。第3页，共20页。2、

温度的影响

温度升高，材料抗冲击强度随之增大。对无定形聚合物，当温度升高到玻璃化温度附近或更高时，抗冲击强度急剧增大。

对结晶性聚合物，其玻璃化温度以上的抗冲击强度也比玻璃化温度以下的高，这是因为在玻璃化温度附近时，链段运动释放，分子运动加剧，使应力集中效应减缓，部分能量会由于材料的力学损耗作用以热的形式逸散。右图给出几种聚丙烯试样的抗冲强度随温度的变化，可以看出，在玻璃化温度附近抗冲强度有较大的增长。

图8-33

几种聚丙烯试样抗冲强度随温度的变化第4页，共20页。3、

结晶、取向的影响

对聚乙烯、聚丙烯等高结晶度材料，当结晶度为40-60%时，由于材料拉伸时有屈服发生且断裂伸长率高，韧性很好。结晶度再增高，材料变硬变脆，抗冲击韧性反而下降。这是由于结晶使分子间相互作用增强，链段运动能力减弱，受到外来冲击时，材料形变能力减少，因而抗冲击韧性变差。

从结晶形态看，具有均匀小球晶的材料抗冲击韧性好，而大球晶韧性差。球晶尺寸大，球晶内部以及球晶之间的缺陷增多，材料受冲击力时易在薄弱环节破裂。

对取向材料，当冲击力与取向方向平行，冲击强度因取向而提高，若冲击力与取向方向垂直，冲击强度下降。由于实际材料总是在最薄弱处首先破坏，因此取向对材料的抗冲击性能一般是不利的

第5页，共20页。4、共混，共聚，填充的影响

实验发现，采用与橡胶类材料嵌段共聚、接枝共聚或物理共混的方法可以大幅度改善脆性塑料的抗冲击性能。图8-34CPE(氯化聚乙烯)在PVC/CPE共混物中的分散状态与共混时间的关系第6页，共20页。

采用丁二烯与苯乙烯共聚得到高抗冲聚苯乙烯；采用氯化聚乙烯与聚氯乙烯共混得到硬聚氯乙烯韧性体，都将使基体的抗冲强度提高几倍至几十倍。橡胶增韧塑料已发展为十分成熟的塑料增韧技术，由此开发出一大批新型材料，产生巨大经济效益。图8-35CPE用量对PVC/CPE共混物力学性能的影响共聚、共混改性效果第7页，共20页。

在热固性树脂及脆性高分子材料中添加纤维状填料，也可以提高基体的抗冲击强度。纤维一方面可以承担试片缺口附近的大部分负荷，使应力分散到更大面积上，另一方面还可以吸收部分冲击能，防止裂纹扩展成裂缝（参看表8-5）。填充、复合改性效果第8页，共20页。

与此相反，若在聚苯乙烯这样的脆性材料中添加碳酸钙之类的粉状填料，则往往使材料抗冲击性能进一步下降。因为填料相当于基体中的缺陷，填料粒子还有应力集中作用，这些都将加速材料的破坏。近年来人们在某些塑料基体中添加少量经过表面处理的微细无机粒子，发现个别体系中，无机填料也有增韧作用。第9页，共20页。（三）高分子材料的增韧改性1、

橡胶增韧塑料的经典机理

橡胶增韧塑料的效果是十分明显的。无论脆性塑料或韧性塑料，添加几份到十几份橡胶弹性体，基体吸收能量的本领会大幅度提高。尤其对脆性塑料，添加橡胶后基体会出现典型的脆-韧转变。

关于橡胶增韧塑料的机理，曾有人认为是由于橡胶粒子本身吸收能量，橡胶横跨于裂纹两端，阻止裂纹扩展；也有人认为形变时橡胶粒子收缩，诱使塑料基体玻璃化温度下降。

研究表明，形变过程中橡胶粒子吸收的能量很少，约占总吸收能量的10%，大部分能量是被基体连续相吸收的。另外由橡胶收缩引起的玻璃化温度下降仅10℃左右，不足以引起脆性塑料在室温下屈服。

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他们认为：橡胶粒子能提高脆性塑料的韧性，是因为橡胶粒子分散在基体中，形变时成为应力集中体，能促使周围基体发生脆-韧转变和屈服。Schmitt和Bucknall等人根据橡胶与脆性塑料共混物在低于塑料基体断裂强度的应力作用下，会出现剪切屈服和应力发白现象；又根据剪切屈服是韧性聚合物（如聚碳酸酯）的韧性来源的观点，逐步完善橡胶增韧塑料的经典机理。

屈服的主要形式有：引发大量银纹（应力发白）和形成剪切屈服带，吸收大量变形能，使材料韧性提高。剪切屈服带还能终止银纹，阻碍其发展成破坏性裂缝。第11页，共20页。橡胶粒子引发银纹示意图图8-38ABS中两相结构示意图其中白粒子为橡胶相图8-39

应力作用下橡胶粒子变形，造成应力集中，引发银纹第12页，共20页。剪切屈服带图8-43

拉伸作用下聚碳酸酯试样中产生剪切屈服带的照片，注意剪切屈服带与应力方向成45度角，出现剪切屈服带的区域开始出现“颈缩”第13页，共20页。能量吸收示意图图8-44HIPS和ＡＢＳ体系在应力作用下塑料基体、橡胶粒子及引发的银纹吸收能量示意图，其中：aM

为塑料基体吸收的能量；aK

为橡胶粒子吸收的能量；aC

为银纹吸收的能量；aB为最后断裂吸收的能量。注意银纹吸收了大量能量左图为应力－应变曲线图；右图为受力过程示意图第14页，共20页。2、银纹化现象和剪切屈服带许多聚合物，尤其是玻璃态透明聚合物如聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等，在存储及使用过程中，由于应力和环境因素的影响，表面往往会出现一些微裂纹。有这些裂纹的平面能强烈反射可见光，形成银色的闪光，故称为银纹，相应的开裂现象称为银纹化现象。银纹化现象图8-45

拉伸试样在拉断前产生银纹化现象，a图为聚苯乙烯，b图为有机玻璃注意银纹方向与应力方向垂直第15页，共20页。

产生银纹的原因有两个：一是力学因素（拉应力、弯应力），二是环境因素（与某些化学物质相接触）。图8-46ABS试样在弯应力下产生银纹的电镜照片图8-47LDPE试样在弯应力作用和在n-丙醇中浸泡时产生环境应力开裂的照片第16页，共20页。

银纹和裂缝不同。裂缝是宏观开裂，内部质量为零；而银纹内部有物质填充着，质量不等于零，该物质称银纹质，是由高度取向的聚合物纤维束构成。银纹具有可逆性，在压应力下或在以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。图8-48PS试样的银纹内部的不同内容

a,细网目式的纤维编织物；

b,纤维编织物，中部与边缘有亮区；

c,粗糙的纤维编织物；

d,边缘有排列的空洞第17页，共20页。图8-49PS试样中的一条大银纹，银纹长45微米，最宽处宽约2微米图8-50

结晶高聚物中球晶间的破坏，a,聚氨酯试样中沿球晶边缘出现空洞（薄膜试样，TEM照片）b,聚丙烯试样中球晶间出现纤维（试样断裂表面，