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溫度交變應(yīng)力:夏季暴曬時(shí)表面溫度可達(dá) 70℃,冬季低溫降至 - 30℃,晝夜溫差可能超過(guò) 50℃。這種劇烈的溫度變化會(huì)導(dǎo)致材料熱脹冷縮,內(nèi)部產(chǎn)生周期性應(yīng)力,使分子鏈斷裂或交聯(lián)密度下降。
持續(xù)高低溫應(yīng)力:熱帶地區(qū)長(zhǎng)期高溫(40℃以上)會(huì)加速橡膠的氧化反應(yīng),導(dǎo)致彈性體變硬;寒帶地區(qū)長(zhǎng)期低溫(-20℃以下)則會(huì)使塑料脆化,沖擊強(qiáng)度下降 50% 以上。
機(jī)械應(yīng)力與環(huán)境協(xié)同作用:材料在使用中往往同時(shí)承受拉伸、彎曲等機(jī)械力,例如門窗密封條的擠壓變形、電纜絕緣層的拉伸應(yīng)力。在高低溫環(huán)境下,機(jī)械應(yīng)力會(huì)放大分子鏈的損傷 —— 低溫下塑料的抗拉伸能力下降,若同時(shí)承受固定載荷,開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加 3 倍以上。
這些復(fù)雜的環(huán)境應(yīng)力并非孤立作用,而是相互疊加的 “協(xié)同效應(yīng)”。例如,高溫會(huì)加速橡膠的氧化,而氧化后的材料在低溫拉伸時(shí)更易斷裂;紫外線輻射導(dǎo)致的分子鏈降解,會(huì)使塑料在溫度交變中更快出現(xiàn)裂紋。因此,耐候性測(cè)試必須模擬這種 “溫度 + 機(jī)械應(yīng)力” 的復(fù)合環(huán)境,才能真實(shí)反映材料的使用壽命。
測(cè)試汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的塑料部件時(shí),可設(shè)定 150℃高溫持續(xù)拉伸,模擬長(zhǎng)期受熱后的抗蠕變性能;
評(píng)估寒區(qū)電纜護(hù)套(PVC 材料)時(shí),能在 - 40℃低溫下進(jìn)行拉伸 - 松弛循環(huán)測(cè)試,驗(yàn)證材料的低溫彈性保持率。
高低溫拉伸測(cè)試:在 - 40℃至 80℃范圍內(nèi),按 5℃/min 的速率升溫,同時(shí)施加恒定拉伸載荷(如 50% 屈服強(qiáng)度),記錄材料在不同溫度下的形變率,評(píng)估其熱機(jī)械穩(wěn)定性。
溫度交變循環(huán)測(cè)試:在 - 30℃(保持 2h)與 60℃(保持 2h)之間循環(huán) 100 次,每次循環(huán)后測(cè)試材料的斷裂伸長(zhǎng)率。這種測(cè)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(yàn)則需要至少 2 年時(shí)間。
動(dòng)態(tài)疲勞測(cè)試:在高溫(80℃)下對(duì)橡膠試樣進(jìn)行 10 萬(wàn)次拉伸 - 壓縮循環(huán)(振幅 ±5mm),模擬密封條在車門反復(fù)開(kāi)關(guān)中的老化,評(píng)估其抗疲勞壽命。
PP 塑料的 Tg 約為 - 10℃,在 - 20℃時(shí)沖擊強(qiáng)度會(huì)驟降 70%,高低溫拉力機(jī)可在降溫過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)拉伸強(qiáng)度變化,精準(zhǔn)定位脆化溫度。
EPDM 橡膠的 Tg 約為 - 68℃,在 - 40℃時(shí)仍保持彈性,但在動(dòng)態(tài)拉伸測(cè)試中,若溫度降至 - 50℃,其回彈率會(huì)從 80% 降至 30%,這種臨界狀態(tài)只有通過(guò)高低溫拉力機(jī)才能捕捉。
常溫拉力機(jī) + 烘箱 / 冰箱:這種 “分步測(cè)試” 方式無(wú)法模擬溫度變化過(guò)程中的應(yīng)力作用。例如,將橡膠在 100℃烘箱中老化后,常溫測(cè)試其拉伸強(qiáng)度,會(huì)低估材料在高溫下的實(shí)時(shí)性能衰減(高溫下橡膠的拉伸強(qiáng)度可能比常溫低 30%)。
僅做靜態(tài)高低溫存放試驗(yàn):不施加機(jī)械應(yīng)力的測(cè)試無(wú)法評(píng)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(fēng)壓等載荷,可能 30 年無(wú)明顯變化,但實(shí)際使用中因持續(xù)彎曲應(yīng)力,10 年就會(huì)出現(xiàn)裂紋。
單一溫度點(diǎn)測(cè)試:忽略了溫度梯度的影響。例如,汽車保險(xiǎn)杠(PP+EPDM 合金)在 - 30℃至 60℃的拉伸強(qiáng)度差異可達(dá) 2 倍,僅測(cè)試常溫性能會(huì)導(dǎo)致冬季脆化風(fēng)險(xiǎn)被低估。
ISO 899-2(塑料蠕變測(cè)試)規(guī)定,在評(píng)估材料長(zhǎng)期載荷下的形變時(shí),必須在 - 40℃至 150℃范圍內(nèi)進(jìn)行溫度梯度測(cè)試。
ASTM D882(塑料拉伸性能測(cè)試)要求,對(duì)于戶外用塑料,需在 - 30℃、23℃、80℃三個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)行拉伸對(duì)比試驗(yàn)。
GB/T 1690(硫化橡膠耐液體試驗(yàn)方法)指出,在評(píng)估燃油對(duì)橡膠的侵蝕時(shí),需在 120℃(模擬發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度)下同時(shí)進(jìn)行拉伸測(cè)試,而非僅做常溫浸泡。
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