如何选用抗冲击塑料？

对于壳类制品、保险杠、齿轮等制品都要求选用冲击强度较高的韧性塑料。

1.按抗冲击性选料的注意事项

1）按制品受冲击的形式，选用相应冲击试验方法测定的冲击强度值。由前述可知，目前测试材料冲击强度的方法很多（至少有15种之多），不同冲击形式测试材料抗冲击性的常用方法也有三四种，如悬臂梁法、简支梁法、拉伸冲击法、落锤冲击法等。不同方法是从不同角度来测试材料抗冲击性的，如简支梁法测试的是平板弯曲的冲击强度，而落锤法测试的是材料在四周支撑条件抵抗冲击能量的强度，故即使同一种材料，用不同的方法测得的冲击强度值也不相同，甚至差别很大。另外，在悬臂梁法和简支梁法中试样还有缺口和无缺口之分，其数据值可相差2%～30%。由此可见，在按冲击强度选料时，首先要明确制品所受冲击的形式及有无缺口等因素，选择相应试验方法可得的数据来评定所选材料的抗冲击性。不同试验方法的数据无可比性，也就是说，计算悬臂梁冲击强度时不可选用落锤试验的冲击强度值。

2）各种资料给出的冲击强度值都是在设定条件下获得的，只能作为初选材料时的参考，不能用作设计值，最终还需进行样品试验后才能确定该制品所选材料的设计值。

3）区分冲击破坏及冲击疲劳破坏，前者是指材料在高速冲击载荷作用下出现的脆性断裂，后者是指材料在单向脉冲式循环载荷下，使材料发生屈服应变现象而产生疲劳裂纹的塑性断裂。如齿轮等制品常经数百次重复冲击后失效于屈服和裂纹扩展，对这类制品则需要另外进行冲击疲劳计算。

2.影响材料抗冲击性的因素

1）制品上有缺口（尤其是机械加工后的缺口）、锐角、圆角半径小、内应力大、应力集中、划痕等缺陷会明显降低材料的冲击强度，设计合理的结构形状，如增加受冲击部位壁厚、设置加强筋、采用弯曲曲面结构等都可缓冲、分散和吸收冲击能量，提高制品的冲击强度。另外，对同一种材料有缺口和无缺口的数据中也可判断该材料的缺口敏感性及应力集中性，以便在结构设计中采取相应的措施。

2）制品使用温度、环境温度、湿度对材料的抗冲击性有明显的影响。通常，温度高及适当的湿度可提高材料的冲击强度（即使是脆性料也会呈现韧性），低温、干燥态的材料冲击强度会下降，因此对低温工作的制品应选用低温冲击强度高的材料，易吸水的尼龙制品宜用作潮湿环境中抗冲击的制品。在选料时应注意测试数据的温度及湿度条件。

3）冲击速度快时材料的大分子链来不及运动吸收冲击能量，因此应力会集中于薄弱点而发生脆性断裂。当速度很快时，即使抗冲击性很好的韧性材料也会呈脆性断裂。反之，冲击速度低，链段有足够的传递、吸收冲击能量的时间，则即使是脆性材料也会呈现出良好的抗冲击性。

4）制品呈现的取向性对冲击强度有害无利，垂直取向部位及沿熔接缝处材料的冲击强度变差，往往是制品被冲击破裂的最薄弱处。表面有压缩应力的制品，如压延制品，表面的抗冲击能力有所提高。

综上所述，作成制品后材料的抗冲击性能是随不同条件而变的，是可酌情调节的，也就是说，即使所选材料的抗冲击性稍差一些，但调节结构等因素也可获得抗冲击的制品，所以选料时要综合考虑各影响因素。

3.不同塑料的抗冲击性能

一般而言，塑料的冲击强度比金属低得多，通常工程塑料在常温和低温时呈富有韧性的料冲击强度高，热固性塑料及硬脆性材料（如PS等）的冲击强度较低。另外，结晶型或无定形聚合物在温度升高到接近T_g或更高时，冲击强度会明显增高。所以用T_g高于室温的材料制作的制品，在室温下一般抗冲击性都不高，如PS等性脆制品在受冲击时易开裂；而T_g低于室温的制品，如PE在低于T_g的低温环境中使用时，耐冲击性也会大大降低。

在常用塑料中PC的抗冲击性最好，其次是POM、PPO、PSF、ABS、PBT、PET、PA6、PA66、纤维素塑料、HIPS等。其中，PC、LDPE、HDPE、ABS、PA6、PTFE等塑料低温抗冲击性较好，PSF、POM、PA66次之，PS、PP、CP、HPVC等（落球冲击强度<20J/m）脆性材料低温抗冲击性都较差。

有些塑料制品，如汽车保险杠等要求有较高的冲击强度（一般要求常温落球冲击强度>400J/m，低温落球冲击强度>50J/m），常采用增韧改性塑料制作。在树脂中添加弹性体、玻璃纤维及增韧填料，或在配方中加入增塑剂等助剂都可配制高抗冲材料。同时，为了增韧不降低刚度，目前还采用了添加刚性增韧材料，如PS、PP、PMMA、SAN等有机料和刚性超细无机填料（如CaCO₃、滑石粉、云母粉等），可有效地提高低抗冲击性材料的刚性和韧性，达到刚韧兼增和提高抗冲击性的目的，而且这种材料的价格比高档抗冲击料便宜，因此已成为选料时的优选者。

现将常用塑料的抗冲击性能简介如下：

1）几种塑料的Izod冲击强度值见表19-62。

2）几种塑料的落球冲击强度值见表19-63。

3）几种玻璃纤维增强塑料的简支梁冲击强度值见表19-64。

4）几种抗冲击塑料合金见表19-65。

5）几种增韧改性塑料见表19-66。

表19-62 几种塑料的Izod冲击强度值

表19-63 几种塑料的落球冲击强度值

表19-64 几种玻璃纤维增强塑料的简支梁（Charpy试验）冲击强度值

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注：品种的百分数为填料加入的质量分数。

表19-65 几种抗冲击塑料合金

表19-66 几种增韧改性塑料

4.按制品用途选择抗冲击性塑料

塑料制品中要求具有抗冲击性能的制品很多，但不同用途制品要求抗冲击性程度不同。下面举例介绍两类制品的选料。

（1）罩壳类制品 罩壳类制品用途很广，家用电器产品、仪器仪表、机械电气等产品中都有形形色色的罩壳零件。虽然其具体的性能要求各不相同，但在力学性能上都要求制品具有足够的强度和刚韧兼备的特性。特别是壳体类制品在运输、安装或使用过程中常会受到来自外界物体或负荷的碰撞、挤压或冲击，因此必须选用刚韧兼备并有足够强度的材料。几种壳体常用材料见表19-67。

表19-67 几种壳体常用塑料

（续）

（2）家用电器制品 几种家用电器制品常用增韧塑料见表19-68。

表19-68 几种家用电器制品常用增韧塑料

（3）保险杠制品 这类制品所用塑料要求有强度、刚性、抗冲击、耐热、耐低温、耐老化、耐污染、耐化学腐蚀、耐候、着色性好、光泽鲜艳、成型性好等性能。选用塑料及要求上根据车的类型、用途、档次及保险杠结构形式、成型工艺而定。

保险杠有多种结构，一般使用较多的是在钢质横梁上与塑料面板相组合，两者之间充填泡沫塑料层组装成整体的形式。

保险杠要承受冲击力，各国对汽车塑料保险杠均规定了抗冲击能力的要求，所以保险杠用塑料是专用的材料，其常用塑料简介如下：

1）改性PP。用三元乙丙橡胶（EPDM）改性的PP有较好的抗冲击韧性和刚性，常温冲击强度达400J/m，加工方便，成本低，废品可回收利用，但涂装性差，强度相对较低，一般用于中低档轿车，目前还有采用纳米PP复合材料和长纤维增强材料等新品种。这种材料常用于注射成型加工制品，用高熔体强度的高相对分子质量改性PP还可采用吹塑成型加工中空结构的保险杠。它可不必像注射成型的保险杠那样必须与钢质件组装使用，而可以和吹制成型的塑料支撑架组装一起，中间填充泡沫塑料组成保险杠。这种结构质量更轻，成本更低。

2）PC/PBT。PC/PBT合金刚性好，抗冲击性高，可焊接，涂装性能好，表面光泽，具有高档次感觉，低温（-40℃）悬臂梁缺口冲击强度可达299J/m。用该合金制作的保险杠和车身可一次涂装成同一色彩，常用于高档轿车，但材料耐温在120℃以下，只能在装配线外涂装。美国GE公司开发的Xenoy1103PC/PBT可用于无金属、无玻璃纤维加固的后保险杠（在Town等车型上），该材料也常用于注射成型和吹塑成型加工保险杠。

用于保险杠的合金材料还有PC/ABS、PPO/ABS、PP/PPO、PPO/PA、ABS/TPU、PBT、SMA等

3）TPU。TPU是聚烯烃热塑性弹性体，正在成为新的保险杠材料，经改性后TPU材料弯曲模量高达1500MPa，拉伸强度达27.6MPa，由于强度及刚性高，可使保险杠面板厚度减小到2.5mm，从而使其质量更轻，材料消耗更少，加工成本更低。

4）RIM-PU。用反应注射成型工艺，以RIM-PU为原料内部嵌入经处理过的钢制加强筋，可一次性直接成型保险杠部件。调节聚氨酯原料配方，还可生产自结皮软硬泡沫制品和微孔弹性体。这种材料自身变形后回复性优良，弹性好，压缩率高，吸收冲击能量性能好，加入增强材料可提高尺寸稳定性和耐热性，常用于高级轿车。

5）片状模塑料。常以热固性SMC塑料和无规纤维或单向纤维毡增强的PP（GMT）为原料，用模压成型方法制成保险杠。制品不易变形，刚性及热变形温度高，耐化学药品性好，价格较低，常用作刚性要求较高的保险杠。

6）其他材料。用作保险杠的材料还有很多，如玻璃纤维毡片增强PP（GMT）、芳纶纤维增强热塑性塑料、纳米复合材料等。还有采用LLDPE为原料用滚塑成型方法加工成越野车用的保险杠，比金属保险杠轻50%～70%，受撞击时可变形量大，自行回复性极好。