塑料、橡胶耐候性测试:为何得依靠高低温拉力机模拟环境应力?
温度交变应力:夏季暴晒时表面温度可达 70℃,冬季低温降至 - 30℃,昼夜温差可能超过 50℃。这种剧烈的温度变化会导致材料热胀冷缩,内部产生周期性应力,使分子链断裂或交联密度下降。
持续高低温应力:热带地区长期高温(40℃以上)会加速橡胶的氧化反应,导致弹性体变硬;寒带地区长期低温(-20℃以下)则会使塑料脆化,冲击强度下降 50% 以上。
机械应力与环境协同作用:材料在使用中往往同时承受拉伸、弯曲等机械力,例如门窗密封条的挤压变形、电缆绝缘层的拉伸应力。在高低温环境下,机械应力会放大分子链的损伤 —— 低温下塑料的抗拉伸能力下降,若同时承受固定载荷,开裂风险会增加 3 倍以上。
这些复杂的环境应力并非孤立作用,而是相互叠加的 “协同效应"。例如,高温会加速橡胶的氧化,而氧化后的材料在低温拉伸时更易断裂;紫外线辐射导致的分子链降解,会使塑料在温度交变中更快出现裂纹。因此,耐候性测试必须模拟这种 “温度 + 机械应力" 的复合环境,才能真实反映材料的使用寿命。
测试汽车发动机舱内的塑料部件时,可设定 150℃高温持续拉伸,模拟长期受热后的抗蠕变性能;
评估寒区电缆护套(PVC 材料)时,能在 - 40℃低温下进行拉伸 - 松弛循环测试,验证材料的低温弹性保持率。
高低温拉伸测试:在 - 40℃至 80℃范围内,按 5℃/min 的速率升温,同时施加恒定拉伸载荷(如 50% 屈服强度),记录材料在不同温度下的形变率,评估其热机械稳定性。
温度交变循环测试:在 - 30℃(保持 2h)与 60℃(保持 2h)之间循环 100 次,每次循环后测试材料的断裂伸长率。这种测试可模拟材料在 5 年户外使用后的性能衰减,而自然暴露试验则需要至少 2 年时间。
动态疲劳测试:在高温(80℃)下对橡胶试样进行 10 万次拉伸 - 压缩循环(振幅 ±5mm),模拟密封条在车门反复开关中的老化,评估其抗疲劳寿命。
PP 塑料的 Tg 约为 - 10℃,在 - 20℃时冲击强度会骤降 70%,高低温拉力机可在降温过程中实时监测拉伸强度变化,精准定位脆化温度。
EPDM 橡胶的 Tg 约为 - 68℃,在 - 40℃时仍保持弹性,但在动态拉伸测试中,若温度降至 - 50℃,其回弹率会从 80% 降至 30%,这种临界状态只有通过高低温拉力机才能捕捉。
常温拉力机 + 烘箱 / 冰箱:这种 “分步测试" 方式无法模拟温度变化过程中的应力作用。例如,将橡胶在 100℃烘箱中老化后,常温测试其拉伸强度,会低估材料在高温下的实时性能衰减(高温下橡胶的拉伸强度可能比常温低 30%)。
仅做静态高低温存放试验:不施加机械应力的测试无法评估材料的抗疲劳能力。例如,户外塑料板材在温度交变中若不承受风压等载荷,可能 30 年无明显变化,但实际使用中因持续弯曲应力,10 年就会出现裂纹。
单一温度点测试:忽略了温度梯度的影响。例如,汽车保险杠(PP+EPDM 合金)在 - 30℃至 60℃的拉伸强度差异可达 2 倍,仅测试常温性能会导致冬季脆化风险被低估。
ISO 899-2(塑料蠕变测试)规定,在评估材料长期载荷下的形变时,必须在 - 40℃至 150℃范围内进行温度梯度测试。
ASTM D882(塑料拉伸性能测试)要求,对于户外用塑料,需在 - 30℃、23℃、80℃三个温度点进行拉伸对比试验。
GB/T 1690(硫化橡胶耐液体试验方法)指出,在评估燃油对橡胶的侵蚀时,需在 120℃(模拟发动机舱温度)下同时进行拉伸测试,而非仅做常温浸泡。