工程塑料低温脆性的研究

研究了低温环境对工程塑料性能的影响, 测试了材料在一25 ℃ 的低温脆性, 研究了低温对材料性能的影响。结果表明低温使材料变硬、变脆, 拉伸强度和弯曲强度随温度降低而提高, 冲击强度和伸长率随温度降低而下降. 与脆化温度较高的相比, 脆化温度较低的材料在低温下性能保持率较高。材料经低温曝晒, 性能下降更为明显。

近年来国内有关部门对工程塑料的材料性能进行过人工低温性能试验研究, 取得了试验成果, 但对自然低温下的性能变化尚缺乏必要的数据。为此, 我站利用寒冷地区自然低温条件, 于19 5 5 年r l 月至1 9 8 9 年3 月的冬季期间, 开展了这一方面的试验工作。本文对工程塑料在低温下的机械性能进行了试验。
1 试验条件与试验方法

L I 试验条件
低温性能试验在本站自然低温材料试验室进行。测试仪器在低温状况下进行了标定(调零、校正)。该地区冬季漫长, 全年平均气温为一2 5 ℃ , zui低温一48 ℃ , 全年zui冷月(一月)平均温度一28 ℃ 。上述气候条件, 可以满足工程塑料低温性能试验的需要。

1. 2 测试仪器
TS-BC-2塑料超低温脆化试验机海祥微试验设备有限公司生产

3 试验方法

GB/T5470-2008 塑料 冲击法脆化温度的测定

GB/T 12584-2008 橡胶或塑料涂覆织物 低温冲击试验

GB/T15256-1994硫化橡胶低温脆性的测定（多试样法）

JIS K6261-2006 硫化或热塑性橡胶--低温特性的测定

JIS K7216 塑料低温脆化测试方法

ISO 812-2011硫化橡胶或热塑性橡胶--低温脆性的测定

ASTM D2137-2010挠性聚合物及其涂覆织物脆化点测试方法

ASTM D746-2013用冲击法测定塑料及弹性材料脆化温度的试验方法

分别进行了室温, 一5 ℃ 、一15 ℃ 、一25 ℃ 温度下的机械性能测定。

2 试验结果分析及讨论

表1 、表2 为部份工程塑料在不同低温下的拉伸强度、伸长率、弯曲强度和冲击强度试验数据。
从表1和表2 的试验数据可以看出, 低温对工程塑料机械性能的影响, 主要表现在材料的拉伸强度和弯曲强度随温度的降低而提高, 冲击强度和伸长率随温度的降低而下降。结果导致材料变硬、变脆、柔韧性减小或消失。当温度降到一2 5 ℃ 时拉伸强度上升幅度较大, 其中尼龙6 、增强尼龙6 、尼龙! 0 10 和37 2 有机玻璃塑料等表现得较为突出。拉伸强度和弯曲强度随温度降低而上升, 虽然在一般情况下不会有直接破坏作用, 但若遇外力作用则会产生脆现象,对工程塑料零部件有一定的影响。有些耐低温差的材料, 其冲击强度与伸长率在蕴度降至一15 一一2 5 ℃ 时就有了较大的变化, 如聚丙烯、聚苯乙烯和尼龙6 等材料。有些耐低温脆性较好的材料, 由于其脆化温度低, 所以冲击强度与伸长率的保持率较好, 如采用橡胶改性的聚苯乙烯, 含有橡胶成份的A BS 以及聚乙烯、聚碳酸醋、尼龙1 0 10 和聚甲醛等材料。

另外, 低温下应力集中对工程塑料的机械力或应变的作用下缺陷损伤的进一步发展将导性能也有较大的影响。从表2 可以看出, 程塑料在低温下无缺口和缺口的冲击强度的下降幅度有明显的差别, 即存在材料缺口敏感性果问题。材料如果存在缺陷(缺口、空隙、裂缝、杂质等) , 其低温性能则大大低于正常状态, 在应力或者应变的作用下许多工致材料的zui终破坏。

2 .2 塑料线缆绝缘与护套层性能试验结果

表3 为部份塑料电线电缆的绝缘层和护套层材料在不同低温下的机械性能试验数据
从表3 中可以看出, 线缆产品的绝缘和护套层材料的拉伸强度随温度的降低而上升, 断裂伸长率则随温度的降低而下降。护套层比绝缘层材料的耐低温性略好一些, 但也有个别产品的伸长率下降较大; 天津电子线缆公司的s YU 一7 5 一」高频电缆的绝缘层和护套层耐低温性能较好, 其它产品聚乙烯、聚氯乙烯绝缘层的耐低温性相对差些。
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3 工程塑料户外曝晒与未曝晒样品低温性能对比试验结果表4 为部分工程塑料户外曝晒(l 年) 与未曝晒样品在同一低温( 一15 ℃ ) 时机械性能对比试
验数据。从表4 可以看出, 工程塑料材料经曝晒后低温机械性能要比未经曝晒的同一品种材料的性能差。耐寒性较好的材料同一低温下, 经曝晒的与未经曝晒的数据相差较小, 如尼龙l 。]0 和增强尼龙6 等。耐寒性较差的材料, 如A Bs 、聚苯乙烯、A S 等经曝晒后的低温性能下降较大。所以, 对寒冷地区使用的工程塑料材料, 应考虑其在寒冷地区使用后性能降低这一因素。

3 结束语
试验结果表明, 低温对工程塑料的机械性能影响较大, 应引起塑料行业设计、制造和使用部门的充分重视, 积极开展这一方面的试验研究工作。本项试验由于受客观条件的限制, 只测试一25 ℃ , 试验结果对低温问题的认识尚不全面, 应在条件许可的情况下进行一切40℃ 左右的低温脆性试验, 是很有必要的。