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选材进阶：如何兼顾塑料的强度与韧性？（附118种聚合物冲击韧性指标）
上次我们探讨了塑料的屈服强度与断裂强度，引起了大家的热烈讨论。塑料拉伸断裂强度如何检测？（内附142种塑料拉伸断裂强度数值表）如何利用屈服强度为工程选对塑料？（内附150种塑料屈服拉伸强度数值表）
今天我们就把目光转向另一个关乎产品安全与可靠性的关键性能——韧性。
它衡量的是材料在冲击、跌落等突然受力时，吸收能量、抵抗断裂的综合能力。对于需要承受动态载荷的部件（如汽车内饰、电子外壳、工具手柄）而言，韧性是选材时不可忽视的指标。
本文将系统介绍塑料韧性的核心概念、影响因素，以及关键的测试方法（如Izod与Charpy冲击试验），帮助你在设计中做出更可靠的材料选择。
什么是韧性？
韧性是指材料在外力作用下既能抵抗断裂又能抵抗变形的能力。它等效于材料应力-应变曲线下面积，面积越大表明材料具有越高的韧性。要具备高韧性，材料必须同时具有良好的强度和延展性。
硬度、韧性与强度之间的区别？
在日常语言中，“硬度”、“韧性”和“强度”常被混用，但在材料科学领域，三者是既存在一定关联、又完全不同的材料性能，核心区别如下：
硬度：描述材料在摩擦载荷下抵抗表面永久变形的能力。
强度：表示材料在发生屈服或断裂前所能承受的最大载荷。
韧性：是材料在受力时抵抗断裂、吸收能量的能力。
聚合物的韧性如何变化？
聚合物的韧性或抗冲击性能会受到多种因素影响，包括：
分子结构
环境温度
应力加载方式
一般来说，更“橡胶状”的材料具有更高的断裂伸长率和更好的抗冲击性能，但其整体刚性通常较低。
影响塑料韧性的因素
主要有以下几点：
结晶度：结晶度越高，材料越硬，相对韧性可能降低。
温度：存在塑性-脆性转变温度，温度变化会显著影响韧性表现。
长链支化：长链支化可提高聚合物的韧性。
如何测量塑料的韧性？
塑料的韧性通常通过冲击试验来测定，即材料在塑性变形过程中吸收能量的能力。冲击试验的结果代表材料的韧性或冲击强度，反映材料的脆性或韧性。
冲击试验结果一般用两种方式表示：
吸收的能量总量（单位：N·m 或 J）
吸收能量按单位截面积（单位：N·m/cm² 或 J/m²）
冲击试验主要用于：
测量材料裂纹扩展所需的能量
在开发阶段筛选材料的抗冲击性能
确定材料在汽车等工业应用中的适用性
冲击试验的类型
测定韧性的两种最常见方法是：伊佐德（Izod）试验与夏比（Charpy）试验。
这些试验都有一个共同的基本原理：
使用高速冲击载荷施加力
测量样品因冲击破断而吸收的能量（单位：Kg·m 或 J）
夏比冲击试验和伊佐德冲击试验的描述
（来源：ResearchGate）
伊佐德与夏比试验的区别
两者主要在以下方面存在差异：
试样尺寸与形状
试样夹持方法
试验中摆锤的最大冲击能量
缺口试验与无缺口试验
工程零件通常存在应力集中部位，因此材料的缺口冲击行为尤为重要。测试中常使用带缺口试样进行韧性评价，同时也可使用无缺口试样得出对应数据，用于不同用途对比分析。
a) 有缺口和无缺口夏比冲击试验；
b) 有缺口和无缺口伊佐德冲击试验
（来源：ScienceDirect）
冲击试验的核心优势
材料的韧性指标虽不直接用于产品结构设计，但可表征材料承受冲击载荷的能力，该试验主要用于以下对比分析：
不同材料的抗冲击载荷能力
同一材料在不同加工工艺下的抗冲击性能（如热处理、加工工序、机械加工等工艺）
各类塑料的韧性指标
