溫度交變應力:夏季暴曬時表面溫度可達 70℃,冬季低溫降至 - 30℃,晝夜溫差可能超過 50℃。這種劇烈的溫度變化會導致材料熱脹冷縮,內部產生周期性應力,使分子鏈斷裂或交聯密度下降。
持續高低溫應力:熱帶地區長期高溫(40℃以上)會加速橡膠的氧化反應,導致彈性體變硬;寒帶地區長期低溫(-20℃以下)則會使塑料脆化,沖擊強度下降 50% 以上。
機械應力與環境協同作用:材料在使用中往往同時承受拉伸、彎曲等機械力,例如門窗密封條的擠壓變形、電纜絕緣層的拉伸應力。在高低溫環境下,機械應力會放大分子鏈的損傷 —— 低溫下塑料的抗拉伸能力下降,若同時承受固定載荷,開裂風險會增加 3 倍以上。
這些復雜的環境應力并非孤立作用,而是相互疊加的 “協同效應”。例如,高溫會加速橡膠的氧化,而氧化后的材料在低溫拉伸時更易斷裂;紫外線輻射導致的分子鏈降解,會使塑料在溫度交變中更快出現裂紋。因此,耐候性測試必須模擬這種 “溫度 + 機械應力” 的復合環境,才能真實反映材料的使用壽命。
測試汽車發動機艙內的塑料部件時,可設定 150℃高溫持續拉伸,模擬長期受熱后的抗蠕變性能;
評估寒區電纜護套(PVC 材料)時,能在 - 40℃低溫下進行拉伸 - 松弛循環測試,驗證材料的低溫彈性保持率。
高低溫拉伸測試:在 - 40℃至 80℃范圍內,按 5℃/min 的速率升溫,同時施加恒定拉伸載荷(如 50% 屈服強度),記錄材料在不同溫度下的形變率,評估其熱機械穩定性。
溫度交變循環測試:在 - 30℃(保持 2h)與 60℃(保持 2h)之間循環 100 次,每次循環后測試材料的斷裂伸長率。這種測試可模擬材料在 5 年戶外使用后的性能衰減,而自然暴露試驗則需要至少 2 年時間。
動態疲勞測試:在高溫(80℃)下對橡膠試樣進行 10 萬次拉伸 - 壓縮循環(振幅 ±5mm),模擬密封條在車門反復開關中的老化,評估其抗疲勞壽命。
PP 塑料的 Tg 約為 - 10℃,在 - 20℃時沖擊強度會驟降 70%,高低溫拉力機可在降溫過程中實時監測拉伸強度變化,精準定位脆化溫度。
EPDM 橡膠的 Tg 約為 - 68℃,在 - 40℃時仍保持彈性,但在動態拉伸測試中,若溫度降至 - 50℃,其回彈率會從 80% 降至 30%,這種臨界狀態只有通過高低溫拉力機才能捕捉。
常溫拉力機 + 烘箱 / 冰箱:這種 “分步測試” 方式無法模擬溫度變化過程中的應力作用。例如,將橡膠在 100℃烘箱中老化后,常溫測試其拉伸強度,會低估材料在高溫下的實時性能衰減(高溫下橡膠的拉伸強度可能比常溫低 30%)。
僅做靜態高低溫存放試驗:不施加機械應力的測試無法評估材料的抗疲勞能力。例如,戶外塑料板材在溫度交變中若不承受風壓等載荷,可能 30 年無明顯變化,但實際使用中因持續彎曲應力,10 年就會出現裂紋。
單一溫度點測試:忽略了溫度梯度的影響。例如,汽車保險杠(PP+EPDM 合金)在 - 30℃至 60℃的拉伸強度差異可達 2 倍,僅測試常溫性能會導致冬季脆化風險被低估。
ISO 899-2(塑料蠕變測試)規定,在評估材料長期載荷下的形變時,必須在 - 40℃至 150℃范圍內進行溫度梯度測試。
ASTM D882(塑料拉伸性能測試)要求,對于戶外用塑料,需在 - 30℃、23℃、80℃三個溫度點進行拉伸對比試驗。
GB/T 1690(硫化橡膠耐液體試驗方法)指出,在評估燃油對橡膠的侵蝕時,需在 120℃(模擬發動機艙溫度)下同時進行拉伸測試,而非僅做常溫浸泡。
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