普通塑料彎折後為什麼會呈現白色?


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)等在外力引發的形變下變白,這個現象在材料學裡有個專有名詞,叫「應力發白(stress whitening)」。不僅僅是彎折,在拉伸,衝擊,疲勞等應力狀態下高聚物也會發生應力發白。隨著形變數的增加,材料發白的程度也會增加。

如上圖所示的聚乙烯的拉伸試驗中,在形變初期(ε=40%),圖(a)中的試樣已經開始發白;當形變數達到屈服點時(ε=100%),試樣出現頸縮,頸縮部位的發白程度明顯提高;而當試樣被進一步拉伸時(ε=400%),試樣頸縮發白的區域大大增加。

高聚物的應力發白現象已經被研究了幾十年,然而其形成機理仍然有爭議。目前被最廣泛接受的說法是:高分子塑料在外力作用下,材料內部的孔洞和缺陷不斷地形成,生長並聯結,在應力的垂直方向形成大量銀紋(crazes),導致材料的折光率發生變化,在嚴重變形的區域入射光甚至被完全反射,從而在宏觀上體現出白色。另外,還有人提出形變導材料內部不規則的密度波動(density fluctuation)也是銀紋產生的原理,另外,一些增強顆粒與基體的界面也被認為是顯微孔洞形成的原因。

上圖為應力發白區域的SEM照片,在形變帶內部大量定向排列的顯微結構便是銀紋。從圖(b)中可以看到一條沿著銀紋排列形成的微裂紋,這些微裂紋的形成會改變局部的應力狀態從而產生二次銀紋(secondary crazes)。總而言之,高聚物的應變發白同時受材料的內部因素(成分,鏈長,楊氏模量,屈服極限,結晶性,相變等)和外部因素(應力大小,應變速率,溫度等)控制,總得來說,更高的彈性模量,屈服極限,以及更大的彈性區間更有利於增強高聚物的形變阻抗,從而緩解應變發白的程度。


我專業是高分子結晶方向,請允許我從結晶方向來解釋這個問題。

高分子材料,一般不是完美的晶體,也不是完美的非晶體,大多是半結晶材料。

像日常能見到的材料,聚乙烯和聚丙烯等,一般都含有低於50%的結晶成分。

高分子鏈段結晶的本質是有序摺疊。

如上圖所示,摺疊的部分認為是結晶區域,無規行走的區域行為時非晶區域。

當材料收到外力作用時候,因為結晶區域的楊氏模量大於非結晶區域,(結晶區比較硬)。

所以非結晶區域優先被拉伸。

所以就出現了藕斷絲連的破損區域,如下圖所示。

這種,內部藕斷絲連,一般呈現細長或者月牙形狀的破損,稱為銀紋。

由於銀紋具有相對很好的反光性,所以看上去,材料變白了。

彎折材料,也是使材料受力的一種方式,所以也會引發銀紋的出現。


銀紋是脆性材料拉伸中的微觀屈服現象,在有機玻璃等透明塑料中,類裂紋現象尤其明顯。在光線以某個角度射入透明塑料的時候,這些類裂紋就會強烈反射光線,看上去就是白色的啦(有的朋友說的應力發白)。

只有高聚物在拉伸應力作用下才會產生銀紋哦,比如題主所說的塑料(塑料其實包括好多:有機玻璃,聚苯乙烯,聚碳酸酯。。。)

銀紋的行成機理是這樣的:材料在張應力作用下,局部薄弱處(比如材料表面擦傷處,內部空穴處)最先發生屈服和冷拉使局部材料高度取向。然而,材料整體並沒屈服,銀紋就這樣在這個看似完好的材料中出現了。

由此我們可以看出,高聚物中銀紋的尺寸和疏密程度直接反映了材料的均勻性:材料越均勻,其間應力分布也就越均勻,在應力足夠大的情況下,產生銀紋時也應該是多微區同時出現;相反材質不均勻的,存在某些特別薄弱的區域銀紋也將在這些地方最先出現並長大(材料力學裡面應力集中的概念體現的很好呦)。

銀紋是不同於裂紋的,為什麼內?

裂紋兩個張開的面之間是完全空的,而銀紋張開的兩個面間有高度取向的纖維束及纖維束之間的空穴(如圖)。

所以,裂紋往往始於銀紋,當應力水平超過了銀紋底能承受的最大強度,纖維束就斷裂了,裂紋也擴展開了(#?Д?)

至於金屬有木有應力發白我布吉島啊,歡迎評論

----------------------分割~o(〃"▽"〃)o----------------------

應力銀紋,高票回答的好全。。。Mark上,一會寫一個平民答案( ???????? )


正在準備考高分子的研究生,這個問題還算比較基礎。目前我所知的有三種情況會出現這種現象。一是銀紋,是由於拉伸過程中產生的微裂紋的全反射。二是拉伸時導致的非晶態聚合物取向結晶導致折射率與其他區域的差異。三是應力發白,多見於橡膠之類受到衝擊。題主所指的應該是銀紋。


取向結晶也是有可能的,如果應力施加並不大,取向結晶也可能導致折射率的變化,但是並不明顯。當然,那種硬拉應該是產生銀紋,銀紋是有質量的,產生銀紋會提高力學性能,只要加熱銀紋可以恢復。


首先需要提到的是微裂紋(銀紋)的概念,聚合物在張應力作用下,在材料的缺陷處或薄弱處,往往會在與主應力垂直的方向出現長條形的細微凹槽,光線在微裂紋的表面會發生全反射而呈現明亮條紋。

產生微裂紋的部位叫微裂紋體,是由沿外力方向高度取向的聚合物微纖和空洞組成的。

材料受折發白,一般見於HIPS,ABS這類的用橡膠增韌過的高聚物,彎曲變形或受衝擊時出現微裂紋體,由於微裂紋體與材料本身得密度差異,導致折光率差異,因而顯得發白,這樣的現象就是應力發白。


因為2B塑料彎折後直接斷了


應力發白


我以為只是表面上給你點顏色瞧瞧,內心其實是泛白的!


我感覺塑料有好多種,具體判斷吧,比如說聚乙烯可以裝氫氟酸


銀紋 表現為應力發白


銀紋屈服現象,表面薄弱處受到張應力作用會產生局部取向和塑性變形


銀紋屈服現象,表現為應力發白。


傳說中的高分子物理啊哈哈哈哈 銀紋吧應該是……應力發白果然高端……我是物理不及格的渣


銀紋 表現為應力發白


產生了銀紋,銀紋增韌


熵增


銀紋


塑料原色就是白的,你切開塑料看截面就是白的。有顏色的是經過染色的。


推薦閱讀:

「標註為 PET 1 的塑料瓶使用最好不超過 10 個月,否則有致癌物析出」是否正確?內容物品質是否會受影響?
為什麼我們不能停止生產塑料產品?
iPhone 5c 的聚碳酸酯材料如何著色?哪些工藝細節會影響成品效果?
塑料水杯 PP 材質的都是不透明的嗎?會有什麼問題?

TAG:高分子材料 | 材料力學 | 材料科學 | 塑料 | 力學 |