微裂紋

微裂紋寬度約10μm，厚度在0.1~0.5μm之間，長度約100μm，但在適當的條件下，微裂紋長度甚至可以擴展到試樣寬度的宏觀尺度，如圖1。

產生微裂紋的部位叫做微裂紋體，與完全由空隙構成的裂縫不同，微裂紋是由延外力方向高度取向的聚合物微纖（直徑在0.6~30mm）及其周圍的空洞組成的，因而微裂紋體的質量不為零，但密度下降，因而微裂紋體的折光指數比聚合物本體低。如聚苯乙烯微裂紋的密度相當於本體密度的40%，微裂紋體的折光指數為1.33，而本體為1.59，因此光的全反射現象，如果微裂紋體的厚度與光的波長數量級相同時，會產生如油膜浮在水面上一樣的干涉色。在聚苯乙烯中，微裂紋體內的空隙大小約為20nm，微裂紋的表面積為200m²/cm³。微裂紋與裂縫之間的另一點不同是它有可逆性，在壓力下或Tg以上退火時微裂紋能回縮和消失。例如具有應力銀紋的聚苯乙烯、有機玻璃、聚碳酸酯，若加熱到各自的Tg以上，可回覆到未開裂時的光學均一狀態。 ^[1] 

引起聚合物產生微裂紋的基本原因有兩種：一種是力學因素（這裏的應力是指張應力，純壓縮力不會產生微裂紋，一般出現在試樣的表面或接近表面處，或在裂縫的尖端處形成而成為裂縫擴展的先導）；另一種是環境因素（同某些化學物質接觸）。

很多熱塑性塑料，在儲存以及使用過程中，由於應力以及環境的影響，往往會出現微裂紋。環境因素引起的銀紋的分佈與應力銀紋不同，它通常是不規則排列的，分別取任意的方向。這種銀紋的產生，一般是與材料內應力的存在聯繫在一起的，因此也稱為環境應力銀紋。它時常直接發展為環境應力開裂。根據環境因素的不同，環境應力開裂包括下述四種：（1）溶劑銀紋，可能是由於溶劑溶脹聚合物表面使T_g降低或者導致結晶引起的；（2）非溶劑（包括醇、潤濕劑等表面活性物質）引起的環境應力開裂可能是由於表面活性物質浸潤微裂紋的表面，降低了表面能，從而有利於微裂紋的發展；（3）熱應力開裂是由温度變化使聚合物內部發生形態結構的改變引起的，其微裂紋主要發生在物質內部；（4）氧化應力開裂則是氧化劑引起分子鏈斷裂的一種不可逆過程。其中溶劑和非溶劑引起的應力開裂的試驗，已經成為研究聚合物內應力和耐開裂性能的重要方法。

圖2是微裂紋增長示意圖，在圖2上y方向應力作用下，微裂紋體的上下表面被拉開，微纖的直徑縮小，空洞擴大，同時微裂紋沿x方向擴展，增長前沿的聚合物本體繼續發生塑性形變，形成新的微纖，如圖2中（b）、圖2中（c）、圖2中（d）所示。高分子鏈在微纖中沿應力的方向高度取向，與玻璃態聚合物的強迫高彈性的情況相類似，這就不難解釋微裂紋的可逆性了。

應力愈大，微裂紋的產生和發展愈快，而應力低於某一數值時則不產生微裂紋，因此產生微裂紋有一個最低的臨界應力。另外產生微裂紋也有一個最低的伸長率，稱為臨界伸長率。一旦達到臨界伸長率，在試樣內部就產生了微裂紋。微裂紋並不一定引起斷裂和破壞，它具有原始試樣的一半以上的拉伸強度。如果超過了一定限度，則微裂紋體中的微纖發生斷裂，微裂紋體破裂而產生裂縫。表1是幾種聚合物室温下產生微裂紋的臨界應力和臨界伸長率。

注：t_{max是指臨界應力或臨界應變下產生微裂紋所需的最大時間。} ^[1] 

有機玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等透明塑料出現微裂紋，使光學透明度下降，影響塑料的使用性能。在較大的外力作用下微裂紋會進一步發展，以微裂紋的微纖斷裂產生附加的空洞開始，逐漸發展到臨界大小，此後微裂紋便快速地增長為裂縫，而微裂紋則繼續在裂縫頂端形成，最後使材料發生斷裂而破壞。

用橡膠增韌的塑料，像高抗衝聚苯乙烯、ABS樹脂等，它們在拉伸變形或彎曲變形或受衝擊的破壞時試樣有發白現象，這種發白現象稱為應力發白。這也是材料受力後出現了微裂紋，與很多熱塑性塑料類似。發白的區域就是無數微裂紋體的總和，由於微裂紋體的密度與樹脂的密度不同，遮光簾不同，所以顯得發白。 ^[1]