结晶度与力学性能

发表时间:2022-07-24 15:31

结晶度对力学性能的影响

一般情况下结晶度越大,聚合物(高分子)越硬表现为脆性越大,拉伸强度、抗冲击性能越差。但不同的高分子材料,在不同的结晶度范围,材料的冲击强度和拉伸强度受结晶的影响情况都不一样。


在不显著影响材料的断裂韧性的前提下,结晶度提高可能会提高拉伸强度;但是结晶度太高,材料可能变脆,冲击强度和拉伸断裂强度反而降低

下面图2、3、4分别为不同滑石粉填充量时PP结晶度与其复合材料拉伸弯曲和冲击性能的对比曲线

图2中,PP的结晶度变化趋势与复合材料的拉伸强度变化趋势相似,先上升,后下降

显示,Talc/PP复合材料的弯曲强度同样随 PP结晶度的变化而变化,结晶度达到最大值前PP结晶度与弯曲强度增加趋势完全一致达到最大值之后,虽然 PP结晶度开始下降,但弯曲强度并没有立即减小,只是增加趋势减缓,之后才在PP25略有下降。弯曲强度与拉伸强度反映的是复合材料的不同力学性能,对比图2和图3的讨论结果,可以认为,虽然复合材料结晶度下降了,但弯曲强度没有立即下降,是因为复合材料中大量滑石粉的存在,部分抵消了由于PP结晶度下降造成弯曲强度下降的影响。从Fig.4可见,复合材料的冲击强度与PP结晶度的变化趋势正好相反,而冲击强度正是反应了材料的韧性,PP相结晶度增加会导致复合材料韧性下降。[1]

力学性能与成核剂的关系

下图给出了纯聚丙烯和含有a成核剂的聚丙烯偏光显微镜图片

成核剂增加了晶核数量,使聚丙烯快速形成较小的球晶。在快速结晶过程中,可能会出现结晶结构不完整,存在结晶应力[2]

当成核剂含量升高后,拉伸强度降低,这是由于太快的结晶产生内应力,从而使力学性能变差。成核剂用量增加,拉伸强度进一步下降。在疲劳一段时间后,晶粒中的应力消除,拉伸强度反而有所增加。但是,随着疲劳时间的继续增加,结晶结构将受到破坏,力学性能会降低。


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