作為一名材料研發工程師，常需要根據客戶需求選擇合適的原料牌號，當我們接觸一個新牌號的時候，第一個要看的，就是物性表（Technical Data Sheet，簡稱TDS）。

 

       里面不外乎幾個主要的指標：密度，熔指，熔點，軟化點，屈服拉伸強度/伸長率，斷裂拉伸強度/伸長率，簡支梁沖擊能量，彈性模量；薄膜級的還會有落鏢沖擊強度，撕裂強度，霧度，光澤度等等。

 

       然后就是 xx 公司的說明：這個材料非常非常適合什么加工方式，完美的詮釋了什么什么性能，材料很好、很好、非常好、特別好之類的。

 

 

圖 TDS 數據表示例

 

       一、看了以上數據表后，腦海中直接得出如下結論：

 

       1、屈服拉伸強度決定了最終產品的承載性能。也就是說，產品的使用性能由屈服拉伸強度決定。

 

       2、斷裂伸長率與材料的沖擊性能有密切的關系；

 

       3、決定屈服拉伸強度的因素主要是：共聚單體類型（就是我們說的碳 4，還是碳 6，碳 8之類的），分子量分布等。

 

       有人肯定會問，那為什么還要看拉伸強度？

 

       拉伸強度決定了材料的許用應力！

 

       二、拉伸強度和伸長率的說明：

 

       這是幾條不同材料的典型的應力應變曲線：

 

 

 

       第一條曲線：是脆性的材料，比如，石頭。

 

       第二條曲線：是高剛度的材料，比如硬質塑料，聚苯乙烯（PS）等；

 

       第三條曲線：典型的聚乙烯受力和變形的曲線；

 

       第四條曲線：典型的橡膠材料。

 

       我們這里只說第三條。

 

       圖中坐標的橫軸表示材料的變形量，就是應變（伸長率）；縱軸表示材料受力的數值，就是應力。

 

       曲線上有兩個點：

 

       B 點：在縱軸上的讀數，就是屈服拉伸強度。

 

       C 點：在縱軸上的讀數，就是斷裂拉伸強度。

 

       需要說明一點，C 點的數值不是必然大于 B 的。

 

       在 B 點，橫軸上的數值是 Ey，表示材料發生了 Ey 大小的變形（延長），這是拉伸屈服伸長率。記住，理論上，這個變形是可以還原的；實際上，是可以大部分還原的。之后發生的變形，都是不可還原的了。

 

       在 C 點，橫軸的數值是 Eb，表示材料發生了 Eb 大小的變形。這個數值是材料的極限了。也就是說，到這里，材料不能繼續伸長，斷掉了！這就是斷裂伸長率。

 

 

 

       好了，基礎部分就簡單的介紹完了，下面是原理部分。

 

       剛說了，聚乙烯在受力時的變形，開始的時候是可以恢復的，之后就不能了。好像我們拉一個彈簧，在一定范圍內，彈簧會縮回去，但是力太大了，彈簧就拉直了，不能恢復了。

 

 

 

       聚乙烯原理一樣。但是聚乙烯的什么地方起到了彈簧圓圈的作用呢？我們看看下面這個圖：

 

 

圖 聚乙烯試樣拉伸時球晶結構的變化過程

 

       從圖上可以看出來，聚乙烯的球晶起到了彈簧的作用。那么在屈服拉伸強度之內，球晶是可以復原的；而在屈服強度之外，球晶就被打開了，成為分子間的鏈，回不去了，宏觀的表現就是聚乙烯材料被拉長了。最后，在斷裂拉伸強度的時候，材料被拉斷。

 

       在整個拉伸變形的過程中，分子一直在吸收能力，也就是受力。這樣更高伸長率代表著更多能量的吸收，因此產品表現出來的性能就更好。

 

       產品的使用中，我們希望材料能夠承受更大的拉力，不發生不可逆的變形，那需要怎么選擇材料呢？

 

       我們要看一下兩個指標：

 

       1、共聚單體的類型

 

       先上圖：

 

 

圖 短支鏈（共聚單體）類型對 LLDPE 的拉伸形變曲線的影響

 

       從上圖我們可以看出來，在相似的密度和熔指下，碳 6 共聚單體的聚乙烯材料，比常見的碳 4 的聚乙烯材料，表現出更好的屈服強度和斷裂伸長率。

 

       原因在于，碳 6 共聚的聚乙烯材料，在分子間存在更多的長支鏈，大幅提高了聚乙烯的韌性。從物理性能上看，極大的提高了沖擊性能。

 

       同時，因為高碳共聚單體的作用，材料的抗環境應力（ESCR）性能也會大幅提高。

 

       歐美同行開發產品的時候，對材料的第一個問題一般就是問這個材料共聚單體是碳幾的？希望我們這邊也會逐漸的更加專業！

 

       2、分子量的影響

 

       微觀上看，聚乙烯是一種混和物。不同長度的分子鏈糾纏在一起，形成我們肉眼看到的形態。那么，隨著分子量增加，也就是分子鏈的延長，系帶分子、也就是支鏈會增加。這樣會提高產品的拉伸強度和伸長率。

 

       比如 LDPE 和 LLDPE 品種，LDPE 分子很少支鏈，而 LLDPE 會有很多支鏈，所以相比起來，LLDPE 表現出更好的物理性能，而 LDPE 表現出更好的光學性能（透明度，光澤度，因為分子量低，結晶少）。

 

       再比如普通的齊格勒納塔（ZN）催化劑生產的聚乙烯和茂金屬（MAO）催化劑生產的聚乙烯。因為茂金屬聚乙烯更窄、更均勻的分子量分布，所以表現出更好的力學性能，甚至光學性能。相比 LLDPE，茂金屬聚乙烯（MPE）物理性能的提升是全面的，超越性的。

 

 

 

       還要說明的一點是，我們常常對不同的材料進行比較。有些性能之間是反向關系的，比如密度和沖擊強度。

 

       想說的是，這個比較是有前提的：那就是，要在同樣催化劑體系下，同樣的共聚單體條件下比較。比如，你用這樣的規則比較同樣是 ZN 催化劑，C4 共聚單體的密度為 0.934 和 0.938 的材料，是可以的，結論是正確的。但是如果你比較 ZN C4，密度 0.934 和茂金屬 C6，密度 0.940 的牌號，那就不正確了。

 

       或者打個比方，摔跤的時候，要同樣重量級的比賽，不能跨重量級比賽。25 kg 重量級選手是很難贏 80 kg 重量級選手的！

 

       轉自——鏈塑網

 

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