塑料片材的组成、结构与其裂纹问题解析

【摘 要】塑料具有重量轻、化学稳定性强、电绝缘性能好、机械强度高、防水性好等优异的性能，因此，塑料制品得到了广泛的应用，充斥在我们生活中的方方面面。但是，塑料产品中也存在着很多的断裂问题，这不仅影响塑料产品的使用寿命，而且还会造成一定的安全隐患，因此，人们一直在关注这个问题。本文即从材料组成和加工过程两方面出发，对塑料片材产生裂纹的原因进行了分析并提出了相应的解决措施，希望对相关工作者能有所帮助。

【关键词】塑料片材；裂纹问题；增塑剂；加工过程

1 概述

塑料材料具有优异的性能，例如：重量轻、化学稳定性强、电绝缘性能好、机械强度高、防水性能好等。塑料凭借这些性能得到了广泛的应用，但是，在实际应用中，人们发现，塑料中常常会出现断裂问题，这不仅影响到了材料的使用寿命，而且在一些关键部位的断裂问题还会留下安全隐患，所以，塑料的断裂问题一直是人们关注的焦点。

塑料的性能主要取决于材料组成和加工过程。在材料的组成中，增塑剂对于塑料的综合性能有很大的影响，下面就某一具体实验进行分析。

2 实例

以PVC片材为例，分析材料组成中影响PVC片材裂纹产生的因素。

2.1 实验样品

采用两组样品进行对比，代号分别为K和L，其中，K片材表面光洁，在显微镜下可以看到L片材的表面有细微的裂纹。

2.2 实验仪器

FTS-40型傅立叶红外光谱仪；

ICPS-1000型等离子体发射光谱仪；

3063DS型X-射线荧光光谱仪；

1000GKYKY型扫描电子显微镜；

LG1000型拉力试验机。

2.3 实验结果

2.3.1 机械强度分析

对两种片材进行红外分析及测试，得到表1，如下所示：

表1 两种片材的机械强度

材料代号 拉伸强度（MPa） 拉断力（N） 断裂伸长率/% 钙含量/%

K 67.24（纵）

64.25（横） 354（纵）

338.5（横） 42.4（纵）

30.85（横） 0

L 60.07（纵）

51.3（横） 312.4（纵）

276（横） 25.3（纵）

30.2（横） 0.59

由上述实验数据可知，L片材的拉伸强度、拉断力和断裂伸长率都比K片材要低，即L类片材易破裂，而K类片材抗弯折能力强。

2.3.3 元素组成

通过X-射线可以发现，K材料的主要元素有：Cl，Sn，S，Ni，Al，Ti；L材料的主要元素有：Cl，Sn，S，Ca，Ni，Zn，Ti。所以，在L材料中含有CaCO3，而K材料中没有。

2.4 实验结果分析

2.4.1 裂纹产生机理

PVC片材是具有粘弹性的高聚物。当处于玻璃态时，PVC大分子链只会发生链段方向的取向和晶体取向，因此运动困难。但是随着加工温度的上升，尤其是达到粘流温度以上时，成型机体内的熔体就会做粘滞流动，这时候，流体会受到剪切力和机外的拉伸力，发生单轴或者双轴的取向。若流体发生了单轴取向，为了维持体系的平衡，则会使大分子链在垂直取向的方向上向内收缩，进而产生很多平行取向的微小裂纹。

2.4.2 增塑剂的影响

实验中，L片材的增塑剂的含量为13.2%，K片材的增塑剂的含量为15.5%，L片材的增塑剂含量比K片材的增塑剂含量少。

增塑剂分子的分子量比PVC大分子链的分子量小很多，因此它的加入能使体系的粘度降低。并且，增塑剂分子会在PVC分子间填充，这就会将C-Cl基团的作用屏蔽掉，加上氢键的引入，进一步将极性基团间的相互作用消弱，进而使制品的软化温度降低，所以，K类材料的综合性能更好。

L类材料中加入了CaCO3，虽然能降低成本和提高材料的刚性，但是，由于CaCO3的高表面自由焓导致其在体系中是不容易均匀分散的，所以，当从粘流态变到玻璃态时会产生很大的内应力，易断裂。

2.5 结论

增塑剂的加入能够增加材料的可加工性能和综合性能，减少裂纹的产生。

体系中加入CaCO3能够有效的降低成本，提高材料的刚性，但是，需要注意CaCO3在体系中的分散问题。若是分散不均匀，则会影响材料性能，产生裂纹。

3 其他影响因素

在上述实验中，讨论了塑料材料的组成中，增塑剂对塑料片材裂纹产生的影响。下面，讨论一下加工过程对裂纹的影响。

3.1 加工过程中塑料片材的裂纹问题

在加工过程中，塑料片材的裂纹现象是指塑料成品在开模或者顶出时发生破裂的现象。在成型品偏脆或者脱模不良的时候就会发生此问题。

3.2 加工过程中塑料片材发生裂纹的原因

塑料片材发生裂纹的原因主要是脱模不良或者成型品偏脆。

脱模不良是无法从模具中去除成型品的一种现象。主要是由制品黏在模芯上、加强筋填充过度、凸台填充过度、顶出针速度不当等引起的。导致成型品偏脆的原因有树脂的老化和结晶化程度不足等。

3.3 加工过程中预防塑料片材产生裂纹的措施

针对上述塑料片材发生裂纹的原因，提出下列解决措施：

（1）抑制塑孔栓的抱紧，可以有效的防止制品在模芯上的粘结，可以通过提高压力或者提高模具温度的措施来降低由于塑孔栓抱紧所引起的过大脱模阻力；

（2）抑制加强筋的过填充和凸台的过填充，与前面相反，这得需要通过降低保压或者降低模具温度来实现，所以，一定要找到一个压力和温度的有效值来实现双方面的平衡；

（3）改善模具，给需要增加定出强度的部分增加顶出针，在已经嵌牢的情况下来增加脱模斜度；

（4）缩短停留时间，在保证各材料成型温度和成型时间的前提下，尽量减少停留时间以减少塑料的老化；

（5）提高结晶化程度，可以通过提高模具温度或者延长冷却时间来实现。

4 结语

通过实验可以得知，增塑剂的使用能提高塑料的综合性能，减少裂纹的产生。同时，减少树脂的老花时间、增大结晶度、抑制加强筋和凸台的过填充等措施也能改善塑料的裂纹问题。相关专业人员应该加强对此问题的研究，并且在实践中多积累经验，保证塑料产品的质量，促进其更好的发展。

参考文献：

[1]魏龙庆，罗战平.塑料包装片材的研究进展及发展趋势[J].塑料包装，2012（6）.

[2]杨爱明，袁波，付廷惠，等.PVC 片材脆断机制的探查及分析[J].云南大学学报 （自然科学版），2003（5）.

[3]杨爱明，付廷惠，袁波，等.塑料片材的组成，结构与其裂纹问题分析[J].光谱学与光谱分析，2002（3）.

[4]付廷惠，杨爱明，袁波，等.红外光谱定量法测定PVC塑料片材增塑剂含量[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2001（增刊）.