工程塑料低溫脆性的研究

研究了低溫環(huán)境對(duì)工程塑料性能的影響, 測(cè)試了材料在一25 ℃ 的低溫脆性, 研究了低溫對(duì)材料性能的影響。結(jié)果表明低溫使材料變硬、變脆, 拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨溫度降低而提高, 沖擊強(qiáng)度和伸長(zhǎng)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(jīng)低溫曝曬, 性能下降更為明顯。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)對(duì)工程塑料的材料性能進(jìn)行過(guò)人工低溫性能試驗(yàn)研究, 取得了試驗(yàn)成果, 但對(duì)自然低溫下的性能變化尚缺乏必要的數(shù)據(jù)。為此, 我站利用寒冷地區(qū)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(kāi)展了這一方面的試驗(yàn)工作。本文對(duì)工程塑料在低溫下的機(jī)械性能進(jìn)行了試驗(yàn)。
1 試驗(yàn)條件與試驗(yàn)方法

L I 試驗(yàn)條件
低溫性能試驗(yàn)在本站自然低溫材料試驗(yàn)室進(jìn)行。測(cè)試儀器在低溫狀況下進(jìn)行了標(biāo)定(調(diào)零、校正)。該地區(qū)冬季漫長(zhǎng), 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(yàn)的需要。

1. 2 測(cè)試儀器
TS-BC-2塑料超低溫脆化試驗(yàn)機(jī)海祥微試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)

3 試驗(yàn)方法

GB/T5470-2008 塑料 沖擊法脆化溫度的測(cè)定

GB/T 12584-2008 橡膠或塑料涂覆織物 低溫沖擊試驗(yàn)

GB/T15256-1994硫化橡膠低溫脆性的測(cè)定（多試樣法）

JIS K6261-2006 硫化或熱塑性橡膠--低溫特性的測(cè)定

JIS K7216 塑料低溫脆化測(cè)試方法

ISO 812-2011硫化橡膠或熱塑性橡膠--低溫脆性的測(cè)定

ASTM D2137-2010撓性聚合物及其涂覆織物脆化點(diǎn)測(cè)試方法

ASTM D746-2013用沖擊法測(cè)定塑料及彈性材料脆化溫度的試驗(yàn)方法

分別進(jìn)行了室溫, 一5 ℃ 、一15 ℃ 、一25 ℃ 溫度下的機(jī)械性能測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
從表1和表2 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出, 低溫對(duì)工程塑料機(jī)械性能的影響, 主要表現(xiàn)在材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨溫度的降低而提高, 沖擊強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率隨溫度的降低而下降。結(jié)果導(dǎo)致材料變硬、變脆、柔韌性減小或消失。當(dāng)溫度降到一2 5 ℃ 時(shí)拉伸強(qiáng)度上升幅度較大, 其中尼龍6 、增強(qiáng)尼龍6 、尼龍! 0 10 和37 2 有機(jī)玻璃塑料等表現(xiàn)得較為突出。拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度隨溫度降低而上升, 雖然在一般情況下不會(huì)有直接破壞作用, 但若遇外力作用則會(huì)產(chǎn)生脆現(xiàn)象,對(duì)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(qiáng)度與伸長(zhǎng)率在蘊(yùn)度降至一15 一一2 5 ℃ 時(shí)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(qiáng)度與伸長(zhǎng)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(yīng)力集中對(duì)工程塑料的機(jī)械力或應(yīng)變的作用下缺陷損傷的進(jìn)一步發(fā)展將導(dǎo)性能也有較大的影響。從表2 可以看出, 程塑料在低溫下無(wú)缺口和缺口的沖擊強(qiáng)度的下降幅度有明顯的差別, 即存在材料缺口敏感性果問(wèn)題。材料如果存在缺陷(缺口、空隙、裂縫、雜質(zhì)等) , 其低溫性能則大大低于正常狀態(tài), 在應(yīng)力或者應(yīng)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(hù)套層性能試驗(yàn)結(jié)果

表3 為部份塑料電線電纜的絕緣層和護(hù)套層材料在不同低溫下的機(jī)械性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)
從表3 中可以看出, 線纜產(chǎn)品的絕緣和護(hù)套層材料的拉伸強(qiáng)度隨溫度的降低而上升, 斷裂伸長(zhǎng)率則隨溫度的降低而下降。護(hù)套層比絕緣層材料的耐低溫性略好一些, 但也有個(gè)別產(chǎn)品的伸長(zhǎng)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(hù)套層耐低溫性能較好, 其它產(chǎn)品聚乙烯、聚氯乙烯絕緣層的耐低溫性相對(duì)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(duì)比試驗(yàn)結(jié)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(shí)機(jī)械性能對(duì)比試
驗(yàn)數(shù)據(jù)。從表4 可以看出, 工程塑料材料經(jīng)曝曬后低溫機(jī)械性能要比未經(jīng)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(jīng)曝曬的與未經(jīng)曝曬的數(shù)據(jù)相差較小, 如尼龍l 。]0 和增強(qiáng)尼龍6 等。耐寒性較差的材料, 如A Bs 、聚苯乙烯、A S 等經(jīng)曝曬后的低溫性能下降較大。所以, 對(duì)寒冷地區(qū)使用的工程塑料材料, 應(yīng)考慮其在寒冷地區(qū)使用后性能降低這一因素。

3 結(jié)束語(yǔ)
試驗(yàn)結(jié)果表明, 低溫對(duì)工程塑料的機(jī)械性能影響較大, 應(yīng)引起塑料行業(yè)設(shè)計(jì)、制造和使用部門(mén)的充分重視, 積極開(kāi)展這一方面的試驗(yàn)研究工作。本項(xiàng)試驗(yàn)由于受客觀條件的限制, 只測(cè)試一25 ℃ , 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)低溫問(wèn)題的認(rèn)識(shí)尚不全面, 應(yīng)在條件許可的情況下進(jìn)行一切40℃ 左右的低溫脆性試驗(yàn), 是很有必要的。