塑(su)料(liao)、橡(xiang)膠(jiao)耐(nai)候(hou)性(xing)測(ce)試(shi):為何(he)得依(yi)靠(kao)高低(di)溫拉(la)力機模擬環境(jing)應(ying)力(li)?
溫度交變應(ying)力:夏季暴(bao)曬(shai)時(shi)表面(mian)溫度可達 70℃,冬(dong)季低(di)溫降至 - 30℃,晝(zhou)夜(ye)溫差可能(neng)超(chao)過 50℃。這種(zhong)劇烈(lie)的溫度變化會導致材(cai)料(liao)熱脹(zhang)冷(leng)縮,內部產生周期性(xing)應(ying)力(li),使(shi)分(fen)子(zi)鏈(lian)斷裂(lie)或交聯(lian)密(mi)度下(xia)降。
持續高低(di)溫應(ying)力:熱帶(dai)地區長期高溫(40℃以上)會(hui)加(jia)速橡(xiang)膠(jiao)的氧化反應,導致(zhi)彈性(xing)體(ti)變(bian)硬(ying);寒(han)帶(dai)地區長期低(di)溫(-20℃以下(xia))則會使(shi)塑(su)料(liao)脆(cui)化,沖擊(ji)強(qiang)度下(xia)降 50% 以上。
機械應力(li)與環境(jing)協同(tong)作(zuo)用(yong):材(cai)料(liao)在(zai)使(shi)用(yong)中(zhong)往往(wang)同(tong)時(shi)承(cheng)受拉伸(shen)、彎(wan)曲等機械力,例(li)如(ru)門(men)窗(chuang)密(mi)封(feng)條的擠壓變(bian)形、電纜絕(jue)緣層的拉伸(shen)應力(li)。在(zai)高低(di)溫環境(jing)下(xia),機械應力(li)會放(fang)大分(fen)子(zi)鏈(lian)的損傷 —— 低(di)溫下(xia)塑(su)料(liao)的抗(kang)拉(la)伸(shen)能(neng)力(li)下(xia)降,若同(tong)時(shi)承(cheng)受固定(ding)載荷,開(kai)裂(lie)風險會增(zeng)加(jia) 3 倍以上。
這(zhe)些(xie)復雜(za)的環境(jing)應(ying)力(li)並(bing)非(fei)孤立作(zuo)用(yong),而(er)是相(xiang)互疊(die)加(jia)的 “協同(tong)效(xiao)應"。例(li)如(ru),高溫會(hui)加速橡(xiang)膠(jiao)的氧化,而氧化後的材(cai)料(liao)在(zai)低(di)溫拉(la)伸時(shi)更(geng)易(yi)斷裂(lie);紫(zi)外(wai)線(xian)輻射(she)導(dao)致(zhi)的分子(zi)鏈(lian)降解(jie),會使塑(su)料(liao)在(zai)溫度交變中(zhong)更(geng)快(kuai)出現(xian)裂(lie)紋。因(yin)此,耐(nai)候(hou)性(xing)測(ce)試(shi)必須模(mo)擬這種(zhong) “溫度 + 機械應力(li)" 的復合(he)環境(jing),才(cai)能(neng)真(zhen)實(shi)反(fan)映材(cai)料(liao)的使用(yong)壽命。


測(ce)試(shi)汽車發(fa)動(dong)機艙內的塑(su)料(liao)部(bu)件(jian)時(shi),可設定(ding) 150℃高溫持續拉(la)伸,模(mo)擬長期受熱後(hou)的抗(kang)蠕(ru)變(bian)性(xing)能(neng);
評估寒(han)區電纜護套(PVC 材(cai)料(liao))時(shi),能(neng)在(zai) - 40℃低(di)溫下(xia)進行拉伸 - 松弛循環測(ce)試(shi),驗證材(cai)料(liao)的低(di)溫彈(dan)性(xing)保(bao)持率(lv)。
高低(di)溫拉(la)伸測(ce)試(shi):在 - 40℃至 80℃範(fan)圍(wei)內,按 5℃/min 的速率(lv)升溫,同(tong)時(shi)施(shi)加恒定(ding)拉伸(shen)載荷(如(ru) 50% 屈(qu)服(fu)強(qiang)度),記(ji)錄材(cai)料(liao)在(zai)不(bu)同(tong)溫度下(xia)的形變(bian)率(lv),評估其熱機械穩(wen)定(ding)性(xing)。
溫度交變循環測(ce)試(shi):在 - 30℃(保持 2h)與 60℃(保(bao)持 2h)之間(jian)循環 100 次(ci),每次(ci)循環後(hou)測(ce)試(shi)材(cai)料(liao)的斷裂(lie)伸長率(lv)。這種(zhong)測(ce)試(shi)可模擬材(cai)料(liao)在(zai) 5 年戶外(wai)使(shi)用(yong)後(hou)的性(xing)能(neng)衰(shuai)減,而(er)自然(ran)暴(bao)露(lu)試(shi)驗(yan)則需(xu)要至(zhi)少(shao) 2 年時(shi)間(jian)。
動(dong)態(tai)疲(pi)勞測(ce)試(shi):在高溫(80℃)下(xia)對橡膠(jiao)試樣進行 10 萬次(ci)拉伸 - 壓縮循環(振(zhen)幅(fu) ±5mm),模擬密(mi)封(feng)條在(zai)車(che)門(men)反復開關中(zhong)的老(lao)化,評估其抗(kang)疲(pi)勞壽命。
PP 塑(su)料(liao)的 Tg 約(yue)為 - 10℃,在(zai) - 20℃時(shi)沖(chong)擊(ji)強(qiang)度會驟(zhou)降 70%,高低(di)溫拉(la)力機可在降溫過程(cheng)中(zhong)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)拉(la)伸強(qiang)度變化,精準(zhun)定(ding)位(wei)脆(cui)化溫度。
EPDM 橡膠(jiao)的 Tg 約(yue)為 - 68℃,在(zai) - 40℃時(shi)仍保(bao)持彈性(xing),但(dan)在(zai)動(dong)態(tai)拉伸(shen)測(ce)試(shi)中(zhong),若溫度降至 - 50℃,其(qi)回(hui)彈(dan)率(lv)會從(cong) 80% 降至 30%,這(zhe)種(zhong)臨界狀態(tai)只(zhi)有通過高低(di)溫拉(la)力機才能(neng)捕(bu)捉(zhuo)。
常(chang)溫拉(la)力機 + 烘(hong)箱(xiang) / 冰(bing)箱:這(zhe)種(zhong) “分步(bu)測(ce)試(shi)" 方式無(wu)法模擬溫度變化過程(cheng)中(zhong)的應力(li)作(zuo)用(yong)。例(li)如(ru),將(jiang)橡(xiang)膠(jiao)在 100℃烘(hong)箱(xiang)中(zhong)老(lao)化後,常(chang)溫測(ce)試(shi)其拉伸(shen)強(qiang)度,會低(di)估材(cai)料(liao)在(zai)高溫下(xia)的實(shi)時(shi)性(xing)能(neng)衰(shuai)減(高溫下(xia)橡膠(jiao)的拉伸(shen)強(qiang)度可能(neng)比(bi)常(chang)溫低(di) 30%)。
僅(jin)做靜(jing)態(tai)高低(di)溫存(cun)放(fang)試驗(yan):不施加機械應力(li)的測(ce)試(shi)無法評估材(cai)料(liao)的抗(kang)疲(pi)勞能(neng)力(li)。例(li)如(ru),戶外(wai)塑(su)料(liao)板材(cai)在(zai)溫度交變中(zhong)若不承(cheng)受風壓等載荷,可能(neng) 30 年無(wu)明(ming)顯(xian)變(bian)化,但實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)因(yin)持續彎(wan)曲應(ying)力,10 年就(jiu)會出現(xian)裂(lie)紋。
單(dan)壹溫度點測(ce)試(shi):忽略(lve)了(le)溫度梯度的影響(xiang)。例(li)如(ru),汽(qi)車保險杠(PP+EPDM 合(he)金(jin))在 - 30℃至 60℃的拉伸(shen)強(qiang)度差異可達 2 倍,僅(jin)測(ce)試(shi)常(chang)溫性(xing)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)冬(dong)季脆(cui)化風險被低(di)估。
ISO 899-2(塑(su)料(liao)蠕(ru)變(bian)測(ce)試(shi))規定(ding),在評估材(cai)料(liao)長期載荷下(xia)的形變(bian)時(shi),必須在(zai) - 40℃至(zhi) 150℃範(fan)圍(wei)內進行溫度梯度測(ce)試(shi)。
ASTM D882(塑(su)料(liao)拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)測(ce)試(shi))要求(qiu),對於戶外(wai)用(yong)塑(su)料(liao),需(xu)在 - 30℃、23℃、80℃三(san)個(ge)溫度點進行拉伸對比試(shi)驗(yan)。
GB/T 1690(硫化橡膠(jiao)耐(nai)液體試(shi)驗(yan)方法)指出,在評估燃(ran)油(you)對(dui)橡(xiang)膠(jiao)的侵蝕(shi)時(shi),需(xu)在 120℃(模(mo)擬發動(dong)機艙溫度)下(xia)同(tong)時(shi)進行拉伸測(ce)試(shi),而非(fei)僅做常(chang)溫浸(jin)泡。


