塑料的韧性和刚性有什么区别
应当是塑料的不同性质。
韧性,是指材料变形时吸收变形力的能力或者
材料的断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。与脆性相反,材料在断裂前有较大形变、断裂时断面常呈现外延形变,此形变不能立即恢复,其应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大的材料。
通常以冲击强度的大小、晶状断面率来衡量。韧性是表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。韧性越好,则发生脆性断裂的可能性越小。韧性的材料比较柔软,它的拉伸断裂伸长率、抗冲击强度较大;硬度、拉伸强度和拉伸弹性模量相对较小。而刚性材料它的硬度、拉伸强度较大;断裂伸长率和冲击强度就可能低一些;拉伸弹性模量就较大。弯曲强度反应材料的刚性大小,弯曲强度大则材料的刚性大,反之则韧性大。
刚性和脆性一般是连在一起的。脆性是指当外力达到一定限度时,材料发生无先兆的突然破坏,且破坏时无明显塑性变形的性质。脆性材料力学性能的特点是抗压强度远大于抗拉强度,破坏时的极限应变值极小。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都是脆性材料。与韧性材料相比,它们对抵抗冲击荷载和承受震动作用是相当不利的。作为工程塑料,我们希望它同时具有良好的韧性和刚性。在改善材料的韧性时,还应设法提高刚性。一般加入弹性体可增加韧性,加入无机填料可增加刚性。最有效的方法是将弹性体的增韧和填料的增强结合起来。
日常生产中,常常需要塑料侧重于某种性能突出。例如,聚乙烯等塑料要求韧性较好,不然的话受力后容易裂开,而酚醛塑料之类则要求其刚性较好,在这种场合下不需要变形,需要承受较大的力而不变形或碎裂,这就要求有较好的刚性。特殊情况下有些塑料既需要一定的韧性,又需要一定的刚性,例如仪器脚垫,需要在承受压力时尽量少的变形,但又不能因为受力容易碎裂,需要一定的韧性。
韧性和刚性是塑料的两个很重要的性能指标,材料的韧性,通常由冲击强度和拉伸断裂伸长率来体现,一般来说,冲击强度和拉伸伸长率越高,则表明材料的韧性越好。
对比材料的韧性,建议是在同种材料之间,不同材料之间对比,则不完全能够参考冲击强度数据。比如,PC抗冲性能很高,而HDPE冲击强度数据则远远低于PC,但是,凭手感,PC弯折记下会断,HDPE则随你弯折N多下也不会断。HDPE的柔韧性很好,而PC则强度很高。
刚性一般指材料的强度,通常由拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等指标体现。数据越高,则表明刚性越好。
同一种材料做改性,一般情况下,增韧改性提高抗冲性能,则刚性会有所下降,同样,做增强改性,提高刚性,则韧性会有一定程度的下降。但是也并不绝对,可以通过合适的配方和工艺,做到双方面的提升,比如,纳米材料增强,长纤维增强等。
塑性
是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性,对大多的工程材料来说,当其应力低于比例极限时,应力一应变关系是线性的。
金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。
材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度。
麻烦采纳,谢谢!
软和硬表征抗压变形的能力,强和弱表征抗屈服形变的能力,韧和脆是表征抗弯曲强度和冲击强度的能力。
材料韧性较好,说明其自由体积较大,有一定交联度(不能太大,太大则在较高或较低频率外力作用下表现为刚性体,韧性也就小了),或是分子链之间有一定的缠绕或相互作用,这样某一个高分子链在外力作用下发生形变(弯曲)时,会受到其他分子链的牵扯,阻止其断裂,表现出较好的韧性。你想象一下做pe或pp的抗冲击实验时,容易断裂的一般都脆一些就好理解了。
抗冲击强度越小,说明材料越脆,韧性越差。
要理解这个概念要将刚性和韧性联系起来。先说韧性,顾名思义,韧性就是抗断裂的能力,这包括两点:弯曲需要的力比较大、弯曲形变的能力强。从测试方法来看力学性能中的冲击强度、弯曲强度、拉伸强度、以及几个形变率和几个形变模量都可以综合体现这一性能,通常来讲PA可作为优异韧性的代表(有人提到PC,我们一般不会讲PC的韧性有很优异,尽管PC的冲击很高,但伸长率比较小只有60~130%,相比尼龙200%较容易断开)。
再来看刚性,也是一个习俗性质的概念,表示不发生形变情况下受力能力强(这当然是相对了,没有绝对的受力不形变),我们大多是对应冲击强度和硬度,从这点来看PC是刚性优异的。这就看到了,韧性也包含了冲击强度这一项,所以说刚性和韧性是并不矛盾的,他们只是反映了材料在不同使用环境下的两个方面~
补充:真正和韧性相反的概念叫脆性,这个概念看一下PS的性能就知道了,跟玻璃一样的~
这可都是我经验的总结啊,分享一下,大家一起进步嘛:)
楼上的scmsep好专业!很多东西要向你学习:)不过这两个概念我是研究过的,应该是比你的准确了:)
楼主,5分拿走我的答案~太便宜了!
要说是否有意义,就不能一概而论了,需要进行分类:
1-对于弹性体塑料,断裂伸长率还是非常有意义的,这时候你可以把它看做橡胶,断裂伸长率对于橡胶的意义不言而喻!
2- 对非弹性的塑料,需要分两种情况来说:
第一种情况:如果你的材料是做机械零件的,零件使用性能不允许材料的受力超过其屈服点,那么这种情况下测试断裂伸长率就确实是没有意义的。简单的说,当材料发生塑性变形就失效的情况,断裂伸长率是无意义的。
第二中情况:虽然材料塑性变形后也意味着产品失效,但还是有意义的。举个例子,我们有个客户的产品是水上浮筒,也称水上光伏浮筒。这种产品的特点就是:虽然一旦发生塑性变形产品也判定为失效,但仍然要求材料有较大的断裂伸长率。这是因为,当产品材料塑性变形后,材料仍然能够延伸很长才会发生断裂,这会给安全检查保留了足够的时间,避免突然断裂导致的水上安全事故。
总结一下:非弹性体的塑料,其断裂伸长率是否有意义,要看产品的使用需求。
刚性越大材料越不容易发生形变,韧性越大则越容易发生形变
韧性与刚性相对,是反映物体形变难易程度的一个属性,刚性越大材料越不容易发生形变,韧性越大则越容易发生形变。通常,刚性越大,材料的硬度、拉伸强度、拉伸模量(杨氏模量)、弯曲强度、弯曲模量均较大;反之,韧性越大,断裂伸长率和冲击强度就越大。冲击强度表现为样条或制件承受冲击的强度,通常泛指样条在产生破裂前所吸收的能量。冲击强度随样条形态、试验方法及试样条件表现不同的值,因此不能归为材料的基本性质。
不同的冲击试验方法所得到的结果是不能进行比较的
冲击试验的方法很多,依据试验温度分:有常温冲击、低温冲击和高温冲击三种;依据试样受力状态,可分为弯曲冲击-简支梁和悬臂梁冲击、拉伸冲击、扭转冲击和剪切冲击;依据采用的能量和冲击次数,可分为大能量的一次冲击和小能量的多次冲击试验。不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法,并得到不同的结果,这些结果是不能进行比较的。
02
塑料增韧机理及影响因素
1银纹-剪切带理论
在橡胶增韧塑料的共混体系中,橡胶颗粒的作用主要有两个方面:一方面,作为应力集中的中心,诱发基体产生大量的银纹和剪切带;另一方面,控制银纹的发展使银纹及时终止而不致发展成破坏性的裂纹。
银纹末端的应力场可以诱发剪切带而使银纹终止。当银纹扩展到剪切带时也会阻止银纹的发展。在材料受到应力作用时大量的银纹和剪切带的产生和发展要消耗大量的能量,从而使得材料的韧性提高。银纹化宏观表现为应力白发现象,而剪切带则与细颈产生相关,其在不同塑料基体中表现不同。
例如,HIPS基体韧性较小,银纹化,应力发白,银纹化体积增加,横向尺寸基本不变,拉伸无细颈;增韧PVC,基体韧性大,屈服主要由剪切带造成,有细颈,无应力发白;HIPS/PPO,银纹、剪切带都占有相当比例,细颈和应力发白现象同时产生。
2影响塑料增韧效果的因素主要有三点
(1)基体树脂的特性
研究表明,提高基体树脂的韧性有利于提高增韧塑料的增韧效果,提高基体树脂的韧性可通过以下途径实现:
·增大基体树脂的分子量,使分子量分布变得窄小;
·通过控制是否结晶以及结晶度、晶体尺寸和晶型等提高韧性。例如,PP中加入成核剂提高结晶速率,细化晶粒,从而提高断裂韧性;
(2)增韧剂的特性和用量
A. 增韧剂分散相粒径的影响——对于弹性体增韧塑料,基体树脂的特性不同,弹性体分散相粒径的最佳值也不相同。例如,HIPS中橡胶粒径最佳值为0.8-1.3μm,ABS最佳粒径为0.3μm左右,PVC改性的ABS其最佳粒径为0.1μm左右。
B. 增韧剂用量的影响——增韧剂的加入量存在一个最佳值,这与粒子间距参数有关;
C. 增韧剂玻璃化转变温度的影响——一般弹性体的玻璃化温度越低,增韧效果越好;