

1.分子链柔韧性与运动能力:
*高耐冲击材料:如聚碳酸酯(PC)、增韧尼龙(PA)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)。这些材料通常具有:
*柔顺的分子链段:在冲击载荷下,分子链能够发生较大程度的伸展、弯曲和滑移,有效吸收和耗散冲击能量。
*良好的链段运动性:特别是在玻璃化转变温度(Tg)以上或接近Tg时,链段运动活跃,有助于能量的分散。
*非晶或低结晶度结构:PC是完全非晶的,其分子链无规排列,在冲击下能通过分子链的协同运动(屈服、银纹化、剪切带)吸收大量能量。增韧尼龙虽然部分结晶,但通过添加橡胶粒子等增韧剂,诱导大量塑性形变(如剪切屈服)来耗能。
*低耐冲击材料:如通用聚(GPPS)、未增韧聚(PP)、某些硬质PVC。这些材料通常具有:
*刚性分子链:如PS的苯环结构阻碍了链段运动,在冲击下难以发生塑性形变。
*高结晶度(且结晶形态脆):未增韧PP在低温或高速冲击下,其球晶结构容易成为应力集中点,引发脆性断裂。硬质PVC因极性基团作用链段运动受限。
*低分子量:分子链短,抵抗裂纹扩展的能力弱。
2.增韧机制:
*许多工程塑料通过物理共混或化学改性加入弹性体粒子(如EPDM橡胶、、酸酯橡胶)来显著提高耐冲击性。这些橡胶粒子作为应力集中点,能诱发基体产生大量银纹和剪切带,极大地消耗冲击能量,阻止裂纹快速扩展。例如,高抗冲聚(HIPS)、增韧聚(PP/EPDM)、抗冲改性PVC。
*未增韧的材料缺乏这种有效的能量耗散机制,容易发生脆性断裂。
3.温度和加载速率的影响:
*低温脆化:许多高分子材料在低温下链段运动被冻结,柔韧性急剧下降,耐冲击性显著恶化。例如,PP、HDPE在远低于室温时变得很脆。TPU、增韧PC的低温耐冲击性相对较好。
*高速冲击:类似于低温效应,高速加载下分子链来不及响应,材料倾向于脆性断裂。耐冲击性好的材料在高应变速率下仍能保持一定的塑性形变能力。
4.环境因素(如湿度):
*吸湿性材料:如尼龙(PA6,PA66),吸收水分后起到内增塑作用,分子链活动能力增强,显著提高其韧性和耐冲击性(特别是缺口冲击强度),但会降低刚性和尺寸稳定性。干燥状态下的尼龙相对较脆。
典型材料对比示例:
*聚碳酸酯(PC):非晶,分子链刚柔并济,固有韧性,缺口冲击强度非常高,是透明抗冲击应用的(如牌、头盔面罩)。
*增韧尼龙(如PA6-GF30,PA66):通过添加橡胶粒子增韧,结合了尼龙的强度、刚度和良好的冲击韧性,广泛应用于齿轮、电动工具外壳等需要承受冲击的部件。湿度对冲击性能影响大。
*聚(PP):未增韧均聚PP(Homo-PP)耐冲击性差,尤其低温脆性明显。共聚PP(Co-PP)和增韧PP(PP/EPDM)通过引入乙烯链段或橡胶粒子,冲击强度大幅提升,常用于汽车保险杠、周转箱等。
*高抗冲聚(HIPS):通过在PS基体中分散橡胶粒子,其冲击强度比脆性的GPPS提高数倍甚至数十倍,用于电器外壳、玩具等。
*超高分子量聚乙烯(UHMWPE):极高的分子量导致分子链高度缠结,即使结晶度高,也表现出优异的耐冲击性、耐磨性和自润滑性,用于耐磨衬板、人工关节等。
*通用聚(GPPS):刚性脆性材料的代表,冲击强度很低,易碎裂。