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塑料增韧剂机理之银纹剪切带理论
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        银纹剪切带这是业内普遍接受的一个重要理论。大量实验表明,聚合物形变机理包括两个过程:一是剪切形变过程,二是银纹化过程。

       剪切过程包括弥散性的剪切屈服形变和形成局部剪切带两种情况。剪切形变只是物体形状的改变,分子间的内聚能和物体的密度基本不变。银纹化过程则使物体的密度大大下降。一方面,银纹体中有空洞,说明银纹化造成了材料一定的损伤,是亚微观断裂破坏的先兆;另一方面,银纹在形成、生长过程中消耗了大量能量,约束了裂纹的扩展,使材料的韧性提高,是聚合物增韧的力学机制之一。

      所以,正确认识银纹化现象,是认识高分子材料变形和断裂过程的核心,是进行共混改性塑料,尤其是增韧塑料设计的关键之一。银纹的一般特征如下:

    1.银纹是在拉伸力场中产生的,银纹面总是与拉伸力方向垂直;在压力场中不会产生银纹;Argon的研究发现,在纯剪切力场中银纹也能扩展。

    2.银纹在玻璃态、结晶态聚合物中都能产生、发展。

    3.银纹能在聚合物表面、内部单独引发、生长,也可在裂纹端部形成。在裂纹端部形成的银纹,是裂纹端部塑性屈服的一种形式。

    4.在单一应力作用下引发的银纹,成为应力银纹。在短时大应力作用下可以引发银纹, 在长期应力作用下,即蠕变过程中也能引发银纹,在交变应力作用下也可引发银纹。受应力和溶剂联合作用引发的银纹,称为应力-溶剂银纹。溶剂能加速银纹的引发和生长。

    5.银纹的外形与裂纹相似,但与裂纹的结果明显不同。裂纹体中是空的,而银纹是由银纹质和空洞组成的。空洞的体积分数为50%70%。银纹质取向的高分子和/或高分子微小聚集体组成的微纤,直径和间距为几到几十纳米,其大小与聚合物的结构、环境温度、施力速度、应力大小等因素有关。银纹主微纤与主应力方向呈某一角度取向排列,横系的存在使银纹微纤也构成连续相,与空洞连续相交织在一起成为一个复杂的网络结构。横系结构使得银纹有一定横向承载能力,银纹微纤之间可以相互传递应力。这种结构的形成是由于强度较高的缠结链段被同时转入两相邻银纹微纤的结果。

    银纹引发的原因是聚合物中以及表面存在应力集中物,拉伸应力作用下产生应力集中效应。首先在局部应力集中处产生塑性剪切变形,由于聚合物应变软化的特性,局部塑性变形量迅速增大,在塑性变形区内逐渐积累足够的横向应力分量。这是因为沿拉伸应力方向伸长时,聚合物材料必然在横向方向收缩,就产生抵抗这种收缩倾向的等效于作用在横向的应力场。当横向张力增大到某一临界值时,局部塑性变形区内聚合物中被引发微空洞;随后,微空洞间的高分子和/或高分子微小聚集体继续伸长变形,微空洞长大并彼此复合,最终形成银纹中椭圆空洞。银纹体形成时所消耗的能量称为银纹生成能,包括消耗的4种形式的能量:生成银纹时的塑性功,黏弹功,形成空洞的表面功及化学键的断裂能。

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