共混物橡膠相的存在有利于屈服形變發(fā)生
化學(xué)先生 / 2019-09-19
屈服形變是湖性的玻璃態(tài)(結(jié)晶態(tài))聚合物力學(xué)行為的重要特征。對于橡膠增韌塑料體系,由于分散相橡膠顆粒的模量低,在外力作用下更易發(fā)生伸長形變,成為應(yīng)力集中的中心,特別在橡膠顆粒的赤道上應(yīng)力集中最大,在橡膠顆粒周圍引發(fā)出大量銀紋或剪切帶導(dǎo)致材料產(chǎn)生局部的屆服應(yīng)變。
橡膠顆粒赤道附近的應(yīng)力集中因子(最大主應(yīng)力對施加應(yīng)力之比)最大可達(dá)1.92.當(dāng)橡膠顆粒中含有樹脂包容物時應(yīng)力集中國子有所下降,如HIPS休系中橡膠粒子赤道附近的應(yīng)力集中因子y為1.54 ~1.89。隨著離顆粒表面的距離增加,應(yīng)力集中國子迅速減小(見圖5-6)。當(dāng)顆粒之聞的距離小至一定程度,各顆粒的應(yīng)力場之間會導(dǎo)致疊加效應(yīng),使應(yīng)力集中因子進(jìn)一步增大,應(yīng)力集中因子增大有利于產(chǎn)生屈服形變。
造成橡膠增韌塑料體系易于發(fā)生屈服形變的另一個重要原因,是其內(nèi)部的橡股粒子對周圍塑料相產(chǎn)生靜張力的結(jié)果。產(chǎn)生靜張力的原因主要是由于橡膠的熱膨脹系數(shù)比塑料大,當(dāng)增韌塑料成型過程由高溫熔融狀態(tài)冷卻至室溫時,橡膠相的體積收縮比塑料相大,結(jié)果造成橡膠顆粒對其周圍的塑料相基體產(chǎn)生拉應(yīng)力(即靜張力).此外,在增韌塑料受到外力的拉伸作用時,這種靜張力又會進(jìn)-步增大。這是因?yàn)橄鹉z的泊松比(接近0.5)大于塑料(0.3左右),當(dāng)其受到拉伸應(yīng)力時,橡膠的橫向收縮大于塑料,又導(dǎo)致形成新的靜張力。靜張力的產(chǎn)生使塑料基體內(nèi)的自由體積增大,導(dǎo)致塑料相的玻璃化溫度Tg下降,從而更有利于在外力作用下發(fā)生屈服形變。
總之,由于共混物中橡膠顆粒的存在,使其產(chǎn)生屬服形變更加容易,可使脆性聚合物由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂(見圖5-7)。未經(jīng)橡膠增韌的PS形變量很小,應(yīng)變達(dá)到1.5%時,可觀察到銀紋產(chǎn)生:達(dá)到2%時,銀紋擴(kuò)展成為裂紋,使材料發(fā)生斷裂,圖5-7中HIPS的應(yīng)力一應(yīng)變曲線起始階段近似于PS的線性關(guān)系,這時銀紋尚未形成,材料受到的應(yīng)力還低于發(fā)生銀紋的臨界應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力增大到臨界應(yīng)力后,材料開始出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象,說明發(fā)生了銀紋化,應(yīng)力應(yīng)變轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性行為。應(yīng)力再繼續(xù)增大,銀紋化速度迅速加快,直到發(fā)生屈服現(xiàn)象。在屆服點(diǎn)以后,由于應(yīng)變軟化效應(yīng),應(yīng)力下降至一定值后基本保持恒定,而應(yīng)變繼續(xù)增加,此過程相當(dāng)于螨變過程,這時形變增大主要來自銀紋數(shù)量的不斷增加和銀紋尺寸的增大。最終,由于在應(yīng)力的作用下銀紋轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y面破裂。斷裂時材料的應(yīng)變已經(jīng)達(dá)到40%,比普通PS增加20倍。