技术研究 | 没想到这种方法做拉伸测试，塑料老化寿命差异这么大

一、 案例背景：

拉伸性能是聚合物力学性能中最重要、最基本的性能之一。塑料在使用过程中会受到温度、湿度等影响而逐渐老化，老化后拉伸强度是对塑料耐老化性能的评估的重要依据。塑料老化后通常会出现粉化、变形等变化，拉伸强度测试准确性降低，因此提升老化后拉伸测试的准确性很有必要。

二、 实验设计

1 、实验样品

A（改性聚丙烯）和B（玻纤增强聚丙烯）

2.1样品老化

将样品放入到热老化烘箱内，老化温度为150℃，老化至样品粉化，期间老化24h、48h、168h，264h、480h和600h取出进行拉伸测试。老化温度为120℃，期间老化24h、48h和168h取出进行拉伸测试。

2.2测试与表征

拉伸测试和处理：拉伸测试速度50mm/min，夹具间距115mm。

三、 实验探究分析

2.1 不同温度和时间老化对拉伸强度的影响

实验中对两种样品分别用120℃和150℃进行老化，并在固定时间取样进行拉伸测试，测试结果如下：

图1 不同温度下老化后拉伸强度

从测试结果来看，A（普通改性）随着老化时间的增加，拉伸强度越来越低，温度越高，降低的速度和幅度越大；同时在老化168h内，断裂伸长率变化不大。B(玻纤增强)在120℃老化168h内，拉伸强度在一定的范围内（±5MPa）波动。老化后，断裂伸长率无明显变化，150℃老化比120℃老化后断裂伸长率较低一些。

2.2 粉化样条测试方法研究

2.2.1 粉化样品测试强度测试

在150℃老化600h以后，两种样品均出现了分化现象，玻纤增强料B出现浮纤，但是表面较为平整；普通改性A出现了分层现象，样条粉化严重，表面不平整，出现较多裂纹，样品内部分层， 老化后样条如图2。

图2 老化前后样条形貌对比

对粉化的样条进行拉伸测试，拉伸强度都很低，B拉伸结果如图3，A拉伸测试结果如图4：

图3 B测试结果与应力应变曲线

图4 A测试结果与应力应变曲线

B老化前拉伸强度为88.4MPa，老化后拉伸强度为16.1MPa，降低了81.8%。B 表面浮纤较多，但是测试时基本没有打滑现象，断裂点主要是在中间平行段部分，样品测试结果均匀性良好。

A老化前拉伸强度为19.6MPa，老化后平均拉伸强度为2.05MPa，降低了89.5%。老化后拉伸强度波动较大。拉伸测试过程中出现端部断裂的现象，且有80%的样条均在端部断裂，经过观察，样品的端部宽度较大，分层后内部空穴较大，抗拉伸性能较差，需要对拉伸过程进行改善。两种样品的拉伸断裂情况见图5。

图5 两种样品的拉伸断裂情况

2.2.2粉化后样条测试方法研究

1、A粉化严重，主要对A进行拉伸测试改善研究。老化结束后，样条尺寸变小，厚度为3.75-3.85之间，实际断裂的位置大都在端部，端部宽度更宽，如果按照断裂处的尺寸进行计算，拉伸强度的准确性将会有提升。实验中对比了不测尺寸，中部尺寸和断裂处尺寸三种计算方式对结果的影响，结果见图6。

图6 A不同计算尺寸对应结果

从结果来看，若将实际断裂处尺寸带入计算拉伸强度，得到的结果均匀性相对会好一些，结果也更低。

2、在拉伸测试中，若不在样条中部断裂，测试的结果应该舍弃，不能使用，因此需要改善端部断裂的情况。主要从两个方面改善：端部强度增强；端部不参与测试。

方法一是端部增强，我们采用保鲜膜图（7）对端部进行捆绑增强，包覆后拉伸测试断裂点也大都在夹具内（端部），且测试结果比较低，最大值3.01MPa，最小值1.09MPa，平均值为1.72MPa。然后我们采用胶带对端部进行粘接捆绑增强，包覆后拉伸测试断裂点也大都在夹具内（端部），且测试结果比较低。

图7 保鲜膜对端部进行捆绑增强

后面采用AB胶水增强，将AB胶水涂覆于样条端部，涂层尽量厚实，待其晾干以后进行拉伸测试，实验证明胶水对端部有增强作用，样条基本都在中部断裂，测试结果也较稳定，拉伸强度为2.91Mpa，测试结果如图8，测试图片图9。

图8 胶水增强后的拉伸结果

图9 胶水增强照片

从老化前样品不同夹具间距拉伸强度测试结果来看，夹具间距对拉伸强度的影响较小。从老化后拉伸结果来看，夹具间距为80mm时，拉伸强度均匀性较好；端部不参与测试，断裂位置全部在中间部位。若对拉伸断裂伸长率无测试要求，只要求强度的情况下，可以使用该方法。

2.3老化过程中样品形貌变化

对样品进行截面观察，随着老化时间的延长，表面开始出现变化，等表面出现分层现象时，拉伸强度已经显著降低，不同老化时间的形貌如图10。

图10 不同老化时间的形貌图

四、 案例总结

随着老化时间的增加，样品拉伸强度越来越低，温度越高，降低的速度和幅度越大。

对于老化后的拉伸测试：

1、 若不是粉化相当严重（拉伸强度≥5MPa），拉伸测试可以正常进行，较少会出现打滑和断裂在端部的现象。

2、 若粉化较严重（拉伸强度在2-5MPa之间），也许会出现断裂在端部的现象，此时可以使用胶水对端部进行增强，改善断裂点，提升测试稳定性。若只关注拉伸强度而不关注断裂伸长率，则可以通过减小夹具间距的方式进行改善断裂点。

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