2.2 塑料的性能

2.2.1 塑料的力学性能

塑料强度绝对值一般来说低于金属。未增强的塑料大部分拉伸强度不足102MPa，某些塑料拉伸强度略高于102MPa，约比碳钢低数倍至一个数量级。增强塑料强度值可成倍或数倍提高，可以接近或达到有色金属的水平。玻纤织物或高强纤维增强的某些塑料，强度值可达到碳钢水平。

由于塑料密度小，所以比强度（强度与密度比值）与金属的差距就明显减少，许多塑料的比强度接近有色金属，有些塑料的比强度可达到或超过高强钢水平。

塑料刚度的绝对值与金属的差距更大些。未增强的塑料拉伸弹性模量在（0.2～5）×103MPa之间，碳素结构钢及合金钢在（2.0～2.8）×105MPa之间，相差约两个数量级。增强塑料拉伸刚度可提高到（0.3～4）×104MPa，与钢材仍相差一个数量级。但由于塑料密度小，比刚度（弹性模量与密度的比值）与金属就比较接近，部分增强塑料比拉伸刚度与有色金属及其合金相当，高模量纤维增强的工程塑料（复合材料）的比拉伸刚度可达到或超过最好的钢材。

硬度是材料抵抗压入变形，特别是抵抗永久变形、抗压痕、耐划伤性的衡量尺度。热塑性塑料硬度远低于金属，固化后的热固性塑料硬度较高，大约相当于或略高于有色金属，但也低于碳钢与合金钢。塑料硬度随环境温度和湿度不同会有所变化，温度升高和湿度增大都会使硬度降低。

韧性表征着材料抵抗快速载荷引起破坏的能力，工程上主要用冲击强度表示。不同塑料韧性的差异表现得比其他性能更明显，这是由于载荷作用快，影响材料韧性的结构因素表现得更充分。塑料的韧性，首先取决于树脂分子链的柔曲性。分子链越柔曲，越容易解缠结，对外载更能迅速响应，材料就会越表现出良好的韧性。树脂分子量及分子量分布对韧性也有较明显影响，同种塑料，分子量增大和分散性减小，都有利于提高韧性。塑料韧性值对加载速率非常敏感，速率越大，韧性越小，高速冲击下，韧性良好的塑料也会表现出脆性，低速冲击时，韧性差的塑料也会有较好的冲击强度值。韧性对温度也很敏感，温度越低，韧性越差。试样带缺口可大大降低韧性，因为缺口处会产生应力集中，在冲击载荷下产生三轴拉伸应力，不产生可引起塑性变形的剪应力，使韧性降低。

在恒定应力作用下，材料应变随时间增大的现象称为蠕变。随应力形式不同，有拉伸、压缩、弯曲等蠕变。与金属不同，塑料在室温下就会有蠕变，温度升高，蠕变更明显，使塑料试样或制品产生一定形变，维持该形变的应力会随时间衰减，称为应力松弛。

不同塑料的蠕变和应力松驰性能有很大差别，树脂分子链柔曲性和分子链间作用力大小是关键因素。分子链越柔曲，分子链间作用力越小，塑料的蠕变和应力松弛性就越明显。相反，刚性分子链及链间作用力大的塑料，蠕变及应力松弛性就小。热固性塑料由于分子链间交联，抗蠕变性和抗应力松弛一般而言优于热塑性塑料。

疲劳是指在交变的周期性应力或频繁的重复应力（如振动）作用下，塑料力学性能衰减以至最终破坏的现象。疲劳使材料不能发挥固有的力学性能，在应力远小于静态应力下的强度值时就会破坏。不致引起材料疲劳破坏的最高极限应力称为材料的疲劳强度。多数塑料的拉伸疲劳强度仅为静拉伸强度的20%～25%。