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一、 案例背景：

 

拉伸性能是聚合物力學(xué)性能中最重要、最基本的性能之一。塑料在使用過程中會受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強度是對塑料耐老化性能的評估的重要依據(jù)。塑料老化后通常會出現(xiàn)粉化、變形等變化，拉伸強度測試準(zhǔn)確性降低，因此提升老化后拉伸測試的準(zhǔn)確性很有必要。

 

二、 實驗設(shè)計

 

1 、實驗樣品

 

A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強聚丙烯）

 

2.1樣品老化

 

將樣品放入到熱老化烘箱內(nèi)，老化溫度為150℃，老化至樣品粉化，期間老化24h、48h、168h，264h、480h和600h取出進行拉伸測試。老化溫度為120℃，期間老化24h、48h和168h取出進行拉伸測試。

 

2.2測試與表征

 

拉伸測試和處理：拉伸測試速度50mm/min，夾具間距115mm。

 

三、 實驗探究分析

 

2.1 不同溫度和時間老化對拉伸強度的影響

 

實驗中對兩種樣品分別用120℃和150℃進行老化，并在固定時間取樣進行拉伸測試，測試結(jié)果如下：

 

（點擊查看大圖）

 

圖1 不同溫度下老化后拉伸強度

 

從測試結(jié)果來看，A（普通改性）隨著老化時間的增加，拉伸強度越來越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大；同時在老化168h內(nèi)，斷裂伸長率變化不大。B(玻纖增強)在120℃老化168h內(nèi)，拉伸強度在一定的范圍內(nèi)（±5MPa）波動。老化后，斷裂伸長率無明顯變化，150℃老化比120℃老化后斷裂伸長率較低一些。

 

2.2 粉化樣條測試方法研究

 

2.2.1 粉化樣品測試強度測試

 

在150℃老化600h以后，兩種樣品均出現(xiàn)了分化現(xiàn)象，玻纖增強料B出現(xiàn)浮纖，但是表面較為平整；普通改性A出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，樣條粉化嚴(yán)重，表面不平整，出現(xiàn)較多裂紋，樣品內(nèi)部分層， 老化后樣條如圖2。

 

 

 

圖2 老化前后樣條形貌對比

 

對粉化的樣條進行拉伸測試，拉伸強度都很低，B拉伸結(jié)果如圖3，A拉伸測試結(jié)果如圖4：

 

 

圖3 B測試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線

 

 

圖4 A測試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線

 

B老化前拉伸強度為88.4MPa，老化后拉伸強度為16.1MPa，降低了81.8%。B 表面浮纖較多，但是測試時基本沒有打滑現(xiàn)象，斷裂點主要是在中間平行段部分，樣品測試結(jié)果均勻性良好。

 

A老化前拉伸強度為19.6MPa，老化后平均拉伸強度為2.05MPa，降低了89.5%。老化后拉伸強度波動較大。拉伸測試過程中出現(xiàn)端部斷裂的現(xiàn)象，且有80%的樣條均在端部斷裂，經(jīng)過觀察，樣品的端部寬度較大，分層后內(nèi)部空穴較大，抗拉伸性能較差，需要對拉伸過程進行改善。兩種樣品的拉伸斷裂情況見圖5。

 

 

圖5 兩種樣品的拉伸斷裂情況

 

2.2.2粉化后樣條測試方法研究

 

1、A粉化嚴(yán)重，主要對A進行拉伸測試改善研究。老化結(jié)束后，樣條尺寸變小，厚度為3.75-3.85之間，實際斷裂的位置大都在端部，端部寬度更寬，如果按照斷裂處的尺寸進行計算，拉伸強度的準(zhǔn)確性將會有提升。實驗中對比了不測尺寸，中部尺寸和斷裂處尺寸三種計算方式對結(jié)果的影響，結(jié)果見圖6。

 

 

圖6 A不同計算尺寸對應(yīng)結(jié)果

 

從結(jié)果來看，若將實際斷裂處尺寸帶入計算拉伸強度，得到的結(jié)果均勻性相對會好一些，結(jié)果也更低。

 

2、在拉伸測試中，若不在樣條中部斷裂，測試的結(jié)果應(yīng)該舍棄，不能使用，因此需要改善端部斷裂的情況。主要從兩個方面改善：端部強度增強；端部不參與測試。

 

方法一是端部增強，我們采用保鮮膜圖（7）對端部進行捆綁增強，包覆后拉伸測試斷裂點也大都在夾具內(nèi)（端部），且測試結(jié)果比較低，最大值3.01MPa，最小值1.09MPa，平均值為1.72MPa。然后我們采用膠帶對端部進行粘接捆綁增強，包覆后拉伸測試斷裂點也大都在夾具內(nèi)（端部），且測試結(jié)果比較低。

 

 

圖7 保鮮膜對端部進行捆綁增強

 

后面采用AB膠水增強，將AB膠水涂覆于樣條端部，涂層盡量厚實，待其晾干以后進行拉伸測試，實驗證明膠水對端部有增強作用，樣條基本都在中部斷裂，測試結(jié)果也較穩(wěn)定，拉伸強度為2.91Mpa，測試結(jié)果如圖8，測試圖片圖9。

 

 

圖8 膠水增強后的拉伸結(jié)果

 

 

圖9 膠水增強照片

 

從老化前樣品不同夾具間距拉伸強度測試結(jié)果來看，夾具間距對拉伸強度的影響較小。從老化后拉伸結(jié)果來看，夾具間距為80mm時，拉伸強度均勻性較好；端部不參與測試，斷裂位置全部在中間部位。若對拉伸斷裂伸長率無測試要求，只要求強度的情況下，可以使用該方法。

 

2.3老化過程中樣品形貌變化

 

對樣品進行截面觀察，隨著老化時間的延長，表面開始出現(xiàn)變化，等表面出現(xiàn)分層現(xiàn)象時，拉伸強度已經(jīng)顯著降低，不同老化時間的形貌如圖10。

 

 

圖10 不同老化時間的形貌圖

 

四、 案例總結(jié)

 

隨著老化時間的增加，樣品拉伸強度越來越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大。

 

對于老化后的拉伸測試：

 

1、  若不是粉化相當(dāng)嚴(yán)重（拉伸強度≥5MPa），拉伸測試可以正常進行，較少會出現(xiàn)打滑和斷裂在端部的現(xiàn)象。

 

2、  若粉化較嚴(yán)重（拉伸強度在2-5MPa之間），也許會出現(xiàn)斷裂在端部的現(xiàn)象，此時可以使用膠水對端部進行增強，改善斷裂點，提升測試穩(wěn)定性。若只關(guān)注拉伸強度而不關(guān)注斷裂伸長率，則可以通過減小夾具間距的方式進行改善斷裂點。