韧性断裂(韧带撕裂可以自行恢复吗)

       文|美特高分子 硬顶 原创

       一、抛砖引玉

       新加坡聚烯烃SPC的聚丙烯PP AW564性能如下表：

       其中断裂伸长率250%，低温切口冲击强度5kg-cm/cm，用在洗衣机滚筒里面的，而用在保险杠的PC/PBT中有高抗冲的，但断裂伸长率却没有那么高。这两种材料中，为什么PP料中的时候要那么高的断裂伸长率，这是为什么的呢？PC/PBT中的呢？

       二、断裂伸长率的概念及与分子结构的关系

       2.1 断裂伸长率与冲击强度关系

       冲击强度可以看做单位截面破坏时消耗的能量。撇开面积因素，我们考察能量。能量=力×距离。力是强度因素，就是应力；距离就是形变因素，比如断裂伸长率什么的。这样，一个冲击强度高的材料，它可能是强度因素显著（拉伸强度大），而断裂伸长率中等或小。所以说，一个冲击高的材料，断裂伸长率可能不大。

       断裂伸长率是大是小，取决于基体树脂分子链的柔性。象PE、PP的分子链都是柔性分子，断裂伸长率都是500以上，当然如果加入很多粒径细的滑石粉，聚合物分子会受到填料对其构象变化的限制，从而导致伸长率降低至几十个。玻纤增强PP的伸长率常有几个。PC/PBT这种材料，韧性可以较高，也是高抗冲材料，但是PC、PBT都是分子链比较刚性的材料，形变率并不大。所以，冲击强度和断裂伸长率不是简单的正比关系，只有两种材料的结构类似时才可以通过冲击强度比较断裂伸长率。

       2.2 断裂伸长率与分子结构关系

       说断裂伸长率，我觉得用分子量，和聚合度这些表示相关性更加好应该还跟聚集态结构，共混体系的相结构有关。

       断裂伸长率与分子量、聚集态、相结构多少也是有关系的，但是从根本上讲，还是与大分子柔性有关。下面以PP为例说明。

       2.2.1 与分子量有关

       但是大分子柔性已经考虑了分子量因素，分子量大的分子柔性大。就像一块小的钢板，你很难使其变形，但是大的钢板自己都忽悠忽悠的，这是尺度变大其刚度下降的类比例子。身材苗条的姑娘显得婀娜多姿也是同样道理。

       2.2.2 聚集态也包含在分子柔性里

       结晶PP与非晶PP（熔体急冷可得），尽管结晶PP的分子链柔性下降，但是由于其在拉伸时构象变化可逆，仍然可以看成分子柔性相同，这时结晶不结晶不会影响其断裂伸长率的。取向态的PP，如BOPP，断裂伸长率很小，这时它的分子刚性也很大，它绷直了以后缺乏了柔性。多相体系方面，PP与PP＋GF，这两个材料的断裂伸长率有很大差别。这是聚集态不同造成的，但其本质就是GF限制了PP分子链的运动性，使PP柔性下降。最后一个非PP体系--PVC。硬PVC没有或很少增塑剂，PVC分子之间范德华力很大，分子链构象受限，分子链柔性差，所以断裂伸长率只有数十个。增塑后的软PVC，则因增塑剂的加入“隔离”了PVC分子链之间的范德华力作用，PVC分子链互相牵制受限的状态被解除（不是完全解除），PVC分子链柔性大大提高，于是断裂伸长率增大到100-500%。这些事例充分说明，无论是基体树脂的聚集态，还是塑料的多相结构，其断裂伸长率的根本影响因素都可以归结为分子链的柔性。

       2.2.3 为什么分子链的柔性会决定断裂伸长率呢？

       因为拉伸变形的过程本质上就是一个“消耗”高分子链柔性（构象变化能力）的过程。

       三、断裂伸长率的测试要素

       3.1 拉伸速度

       塑料属于粘弹性材料，它的应力松弛过程与变形速率密切相关，应力松弛需要一个时间过程。当低速拉伸时，分子链来得及位移重排，呈现韧性行为，则出现为；拉力强度减少，而断裂伸长率增大。高速拉伸时，高分子链段的运动跟不上歪理作用的速度，呈现脆性行为，则出现为；拉伸强度增加，断裂伸长率减少。所以不同品种的塑料拉伸速度的敏感程度不同。硬而脆的塑料对拉伸比较敏感，一般采用较低拉伸速度，韧性对拉伸速度敏感性较小，可以采用较快的拉伸速度。

       3.2 产品微小的瑕疵

       实际上即使是相同材料，不同样条之间的断裂伸长率也是有波动的，因样条内部有缺陷，应力集中物和内部微裂纹导致材料内部变形集中。