塑料韧性的本质与评价方法的选择

摘要：在现代工业生产和日常生活中，塑料因其轻质、耐腐蚀、易加工等优势，被广泛应用于包装、汽车、电子、医疗、建筑等领域。然而，塑料制品在使用过程中常常面临冲击、跌落、疲劳等动态载荷作用，若材料韧性不足，则可能导致脆性断裂、裂纹扩展甚至产品失效。因此，塑料的韧性（Tou

在现代工业生产和日常生活中，塑料因其轻质、耐腐蚀、易加工等优势，被广泛应用于包装、汽车、电子、医疗、建筑等领域。然而，塑料制品在使用过程中常常面临冲击、跌落、疲劳等动态载荷作用，若材料韧性不足，则可能导致脆性断裂、裂纹扩展甚至产品失效。因此，塑料的韧性（Toughness）成为衡量其可靠性和使用寿命的关键指标之一。

韧性是指材料在断裂前吸收能量的能力，它综合反映了材料的强度和延展性。高韧性塑料在受到冲击时能够通过塑性变形分散应力，避免突然断裂；而低韧性塑料则可能在轻微冲击下发生脆性破坏，影响产品性能和安全。例如：

汽车保险杠需要高韧性以吸收碰撞能量，保护车内人员安全；电子产品外壳需具备一定韧性，防止跌落时开裂；食品包装薄膜需兼具柔韧性和抗穿刺性，避免运输过程中破损。

那么，如何科学评价塑料的韧性？冲击性能测试是最常用的方法之一。本文将系统探讨塑料韧性的重要性、影响因素、评价方法，并结合实际案例解析如何优化塑料的韧性性能。

塑料韧性的本质

韧性与刚性是塑料材料的两个重要性能指标，它们之间存在一定的对立关系。刚性大的材料通常不易变形，但韧性较差；而韧性好的材料虽然容易变形，但抗冲击能力更强。例如，玻璃纤维增强塑料的刚性较高，但其冲击强度可能不如未增强的塑料。因此，在实际应用中，通常需要通过合理的改性方法来平衡韧性和刚性，以满足不同应用场景的需求。

塑料韧性的影响因素

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

①. 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。

②. 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；

③. 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；

④. 增韧剂与基体树脂界面强度的影响——界面粘结强度对增韧效果的影响不同体系有所不同；

⑤. 弹性体增韧剂结构的影响——与弹性体类型、交联度等有关。

3、两相间的结合力

两相间具备良好的结合力，可以使得应力发生时可以在相间进行有效的传递从而消耗更多的能量，宏观上塑料的综合性能就越好，其中尤以冲击强度的改善最为显著。通常这种结合力可以理解为两相之间的相互作用力，接枝共聚和嵌段共聚就是典型的增加两相结合力的方法，不同的是它们通过化学合成的方法形成了化学键，如接枝共聚物HIPS、ABS，嵌段共聚物SBS、聚氨酯。

对于增韧剂增韧塑料而言，属于物理共混的方法，但是其原理是一样的。理想的共混体系应是两组分既部分相容又各自成相，相间存在一界面层，在界面层中两种聚合物的分子链相互扩散，有明显的浓度梯度，通过增大共混组分间的相容性，使其具备良好的结合力，进而增强扩散使界面弥散，加大界面层的厚度。而这，即是塑料增韧亦是制备高分子合金的关键技术之所在——高分子相容技术！

塑料韧性的评价方法

用来评价材料抵抗冲击的能力或判断材料的脆性或韧性程度。因此冲击强度也称冲击韧性。试样在冲击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比。

塑胶冲击一般分为简支梁与悬臂梁冲击。

(1)简支梁冲击：

一般用于汽车保险杠、电子外壳等韧性材料评估。

常用标准：ISO 179、GB/T 1043、ASTM D6110

(2)悬臂梁冲击：

一般用于齿轮、医疗器材等高强度部件的脆性测试。

常用标准：ISO 180、GB/T 1843、ASTM D256