不管原来是什么颜色,一弯折就变白

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不管原来是什么颜色,一弯折就变白

图片:Yestone.com 版权图片库

普通塑料弯折后为什么会呈现白色?

Vincent Fu,Materials Science, PhD

高分子聚合物如聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),聚苯乙烯(PS), 聚氯乙烯(PVC)等在外力引发的形变下变白,这个现象在材料学里有个专有名词,叫“应力发白(stress whitening)”。不仅仅是弯折,在拉伸,冲击,疲劳等应力状态下高聚物也会发生应力发白。随着形变量的增加,材料发白的程度也会增加。

如上图所示的聚乙烯的拉伸试验中,在形变初期(ε=40%),图(a)中的试样已经开始发白;当形变量达到屈服点时(ε=100%),试样出现颈缩,颈缩部位的发白程度明显提高;而当试样被进一步拉伸时(ε=400%),试样颈缩发白的区域大大增加。

高聚物的应力发白现象已经被研究了几十年,然而其形成机理仍然有争议。目前被最广泛接受的说法是:高分子塑料在外力作用下,材料内部的孔洞和缺陷不断地形成,生长并联结,在应力的垂直方向形成大量银纹(crazes),导致材料的折光率发生变化,在严重变形的区域入射光甚至被完全反射,从而在宏观上体现出白色。另外,还有人提出形变导材料内部不规则的密度波动(density fluctuation)也是银纹产生的原理,另外,一些增强颗粒与基体的界面也被认为是显微孔洞形成的原因。

上图为应力发白区域的 SEM 照片,在形变带内部大量定向排列的显微结构便是银纹。从图(b)中可以看到一条沿着银纹排列形成的微裂纹,这些微裂纹的形成会改变局部的应力状态从而产生二次银纹(secondary crazes)。

总而言之,高聚物的应变发白同时受材料的内部因素(成分,链长,杨氏模量,屈服极限,结晶性,相变等)和外部因素(应力大小,应变速率,温度等)控制,总得来说,更高的弹性模量,屈服极限,以及更大的弹性区间更有利于增强高聚物的形变阻抗,从而缓解应变发白的程度。

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