工程塑料低溫脆性的研究

研究了低溫環境對工程塑料性能的影響, 測試了材料在一25 ℃ 的低溫脆性, 研究了低溫對材料性能的影響。結果表明低溫使材料變硬、變脆, 拉伸強度和彎曲強度隨溫度降低而提高, 沖擊強度和伸長率隨溫度降低而下降. 與脆化溫度較高的相比, 脆化溫度較低的材料在低溫下性能保持率較高。材料經低溫曝曬, 性能下降更為明顯。

近年來國內有關部門對工程塑料的材料性能進行過人工低溫性能試驗研究, 取得了試驗成果, 但對自然低溫下的性能變化尚缺乏必要的數據。為此, 我站利用寒冷地區自然低溫條件, 于19 5 5 年r l 月至1 9 8 9 年3 月的冬季期間, 開展了這一方面的試驗工作。本文對工程塑料在低溫下的機械性能進行了試驗。
1 試驗條件與試驗方法

L I 試驗條件
低溫性能試驗在本站自然低溫材料試驗室進行。測試儀器在低溫狀況下進行了標定(調零、校正)。該地區冬季漫長, 全年平均氣溫為一2 5 ℃ , zui低溫一48 ℃ , 全年zui冷月(一月)平均溫度一28 ℃ 。上述氣候條件, 可以滿足工程塑料低溫性能試驗的需要。

1. 2 測試儀器
TS-BC-2塑料超低溫脆化試驗機海祥微試驗設備有限公司生產

3 試驗方法

GB/T5470-2008 塑料 沖擊法脆化溫度的測定

GB/T 12584-2008 橡膠或塑料涂覆織物 低溫沖擊試驗

GB/T15256-1994硫化橡膠低溫脆性的測定（多試樣法）

JIS K6261-2006 硫化或熱塑性橡膠--低溫特性的測定

JIS K7216 塑料低溫脆化測試方法

ISO 812-2011硫化橡膠或熱塑性橡膠--低溫脆性的測定

ASTM D2137-2010撓性聚合物及其涂覆織物脆化點測試方法

ASTM D746-2013用沖擊法測定塑料及彈性材料脆化溫度的試驗方法

分別進行了室溫, 一5 ℃ 、一15 ℃ 、一25 ℃ 溫度下的機械性能測定。

2 試驗結果分析及討論

表1 、表2 為部份工程塑料在不同低溫下的拉伸強度、伸長率、彎曲強度和沖擊強度試驗數據。
從表1和表2 的試驗數據可以看出, 低溫對工程塑料機械性能的影響, 主要表現在材料的拉伸強度和彎曲強度隨溫度的降低而提高, 沖擊強度和伸長率隨溫度的降低而下降。結果導致材料變硬、變脆、柔韌性減小或消失。當溫度降到一2 5 ℃ 時拉伸強度上升幅度較大, 其中尼龍6 、增強尼龍6 、尼龍! 0 10 和37 2 有機玻璃塑料等表現得較為突出。拉伸強度和彎曲強度隨溫度降低而上升, 雖然在一般情況下不會有直接破壞作用, 但若遇外力作用則會產生脆現象,對工程塑料零部件有一定的影響。有些耐低溫差的材料, 其沖擊強度與伸長率在蘊度降至一15 一一2 5 ℃ 時就有了較大的變化, 如聚丙烯、聚苯乙烯和尼龍6 等材料。有些耐低溫脆性較好的材料, 由于其脆化溫度低, 所以沖擊強度與伸長率的保持率較好, 如采用橡膠改性的聚苯乙烯, 含有橡膠成份的A BS 以及聚乙烯、聚碳酸醋、尼龍1 0 10 和聚甲醛等材料。

另外, 低溫下應力集中對工程塑料的機械力或應變的作用下缺陷損傷的進一步發展將導性能也有較大的影響。從表2 可以看出, 程塑料在低溫下無缺口和缺口的沖擊強度的下降幅度有明顯的差別, 即存在材料缺口敏感性果問題。材料如果存在缺陷(缺口、空隙、裂縫、雜質等) , 其低溫性能則大大低于正常狀態, 在應力或者應變的作用下許多工致材料的zui終破壞。

2 .2 塑料線纜絕緣與護套層性能試驗結果

表3 為部份塑料電線電纜的絕緣層和護套層材料在不同低溫下的機械性能試驗數據
從表3 中可以看出, 線纜產品的絕緣和護套層材料的拉伸強度隨溫度的降低而上升, 斷裂伸長率則隨溫度的降低而下降。護套層比絕緣層材料的耐低溫性略好一些, 但也有個別產品的伸長率下降較大; 天津電子線纜公司的s YU 一7 5 一」高頻電纜的絕緣層和護套層耐低溫性能較好, 其它產品聚乙烯、聚氯乙烯絕緣層的耐低溫性相對差些。
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3 工程塑料戶外曝曬與未曝曬樣品低溫性能對比試驗結果表4 為部分工程塑料戶外曝曬(l 年) 與未曝曬樣品在同一低溫( 一15 ℃ ) 時機械性能對比試
驗數據。從表4 可以看出, 工程塑料材料經曝曬后低溫機械性能要比未經曝曬的同一品種材料的性能差。耐寒性較好的材料同一低溫下, 經曝曬的與未經曝曬的數據相差較小, 如尼龍l 。]0 和增強尼龍6 等。耐寒性較差的材料, 如A Bs 、聚苯乙烯、A S 等經曝曬后的低溫性能下降較大。所以, 對寒冷地區使用的工程塑料材料, 應考慮其在寒冷地區使用后性能降低這一因素。

3 結束語
試驗結果表明, 低溫對工程塑料的機械性能影響較大, 應引起塑料行業設計、制造和使用部門的充分重視, 積極開展這一方面的試驗研究工作。本項試驗由于受客觀條件的限制, 只測試一25 ℃ , 試驗結果對低溫問題的認識尚不全面, 應在條件許可的情況下進行一切40℃ 左右的低溫脆性試驗, 是很有必要的。