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在高分子材料的研發(fā)、生產(chǎn)與質(zhì)量控制過程中，機(jī)械性能測試是評估材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、缺口沖擊強(qiáng)度等指標(biāo)能直觀反映材料的力學(xué)特性，這些數(shù)據(jù)直接影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化和質(zhì)量判定。然而，許多實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際測試中常面臨一個(gè)共性難題：測試結(jié)果的重復(fù)性差。同一材料、相同測試項(xiàng)目，多次檢測數(shù)據(jù)卻差異顯著。這種波動不僅延誤研發(fā)進(jìn)度，更可能引發(fā)質(zhì)量誤判。究其原因，除了設(shè)備精度、環(huán)境溫濕度、人員操作等顯性因素，材料自身特性與試樣制備過程的隱性影響往往被低估。

一、材料自身特性

（一）材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻

高分子材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多變。以共混高分子材料為例，不同聚合物組分在混合過程中，難以達(dá)到完全均勻的分散狀態(tài)。微觀層面上，某些區(qū)域可能一種聚合物含量較高，而另一些區(qū)域則以另一種聚合物為主，這種組分分布的不均勻性，直接導(dǎo)致材料不同部位的力學(xué)性能存在差異。當(dāng)選取不同部位制備樣條進(jìn)行測試時(shí)，結(jié)果自然難以重復(fù)。

再如填充型高分子材料，像添加了碳酸鈣、滑石粉等無機(jī)填料的塑料。填料在基體中的分散程度、團(tuán)聚情況不盡相同。如果測試樣條中填料團(tuán)聚嚴(yán)重，該區(qū)域的力學(xué)性能與填料均勻分散的區(qū)域相比，會有顯著差異，使得測試結(jié)果波動較大。

（二）材料的時(shí)間依賴性

高分子材料具有黏彈性，其力學(xué)性能會隨時(shí)間發(fā)生變化。在測試過程中，加載速率、測試時(shí)間的不同，都會對結(jié)果產(chǎn)生影響。比如，在拉伸測試時(shí)，若加載速率過快，高分子鏈段來不及響應(yīng)外力變化，材料表現(xiàn)得更脆，拉伸強(qiáng)度可能偏高；而加載速率過慢，高分子鏈段有足夠時(shí)間進(jìn)行松弛和滑移，拉伸強(qiáng)度則可能降低。此外，材料在儲存過程中，會發(fā)生后結(jié)晶、分子鏈的緩慢取向等物理變化，這些變化也會導(dǎo)致不同時(shí)間測試同一批材料，性能數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異。

二、試樣制備環(huán)節(jié)

（一）樣條尺寸偏差

根據(jù)相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)，對高分子材料機(jī)械性能測試的樣條尺寸有嚴(yán)格要求。以拉伸試樣為例，啞鈴型試樣的標(biāo)距長度、平行部分的寬度和厚度等尺寸精度，直接影響應(yīng)力分布和測試結(jié)果。如果在加工過程中，樣條尺寸存在偏差，如標(biāo)距長度不一致，在拉伸時(shí)，不同樣條的受力情況就會不同，最終導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率數(shù)據(jù)不重復(fù)。即使是微小的尺寸誤差，也可能在測試中被放大，對結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。

（二）注塑工藝偏差

本研究主要針對注射壓力、注射速度、保壓壓力和背壓對 ABS/氧化鋁粉復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)揭示樣條制備如何左右檢測準(zhǔn)確性。

1. 注射壓力對材料力學(xué)性能的影響

由圖1可知，隨著注射壓力的增大，抗拉強(qiáng)度小幅度提高；斷裂伸長率由15.86%降低到13.77%；最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度則先增加再減小。當(dāng)注射壓力增加時(shí)，塑料熔體進(jìn)入模腔中的壓力增大，壓強(qiáng)升高，有助于熔體充模，使塑件的組織致密，從而提高了抗拉強(qiáng)度；過高的注射壓力會導(dǎo)致殘余內(nèi)應(yīng)力增大，使材料脆性增加，從而降低斷裂伸長率；最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度的變化表明，適當(dāng)?shù)淖⑸鋲毫τ欣谔岣卟牧系目箯潖?qiáng)度，但注射壓力過大，會增加內(nèi)應(yīng)力，從而降低材料的抗彎強(qiáng)度。

圖 1 注射壓力對材料力學(xué)性能的影響

2. 注射速度對材料力學(xué)性能的影響

由圖2可知，隨著注射速度增加抗拉強(qiáng)度先增加后減小，在未到達(dá)臨界值時(shí)，注射速度增加有利于熔體在未開始冷卻前快速充分填充模腔，增加塑件密度，減少收縮。當(dāng)增加到一定速度值時(shí)，塑件內(nèi)應(yīng)力增加，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力占上風(fēng)時(shí)，抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)降低的趨勢。隨著注射速度的增加，斷裂伸長率明顯減小，過快的注射速度可能會通過引起材料內(nèi)部缺陷而降低斷裂伸長率。隨著注射速度的提高，最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度變化不明顯。

圖 2 注射速度對材料力學(xué)性能的影響

3. 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響

由圖3可知，隨著保壓壓力的提高，抗拉強(qiáng)度、最大彎曲強(qiáng)度和破壞彎曲強(qiáng)度均有不同程度的提高，但斷裂伸長率卻出現(xiàn)明顯下降的趨勢。一定范圍內(nèi)保壓壓力的增加會導(dǎo)致材料的密度和均勻性提高，進(jìn)而提升材料的抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度；但對斷裂伸長率而言，過高的保壓壓力很可能導(dǎo)致材料分子鏈取向不當(dāng)，減少了材料的韌性，從而降低了斷裂伸長率。

圖 3 保壓壓力對材料力學(xué)性能的影響

4. 背壓對材料力學(xué)性能的影響

由圖4可知，適當(dāng)?shù)谋硥嚎梢詭椭哿纤芑浞?，從而提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和質(zhì)量，但當(dāng)背壓達(dá)到一定范圍時(shí)對抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度影響不大，但斷裂伸長率隨著背壓的增大有明顯減小的趨勢，可能的原因是背壓的增加可能會影響材料的塑性變形能力，使得材料在受力時(shí)更傾向于脆斷而不是塑性。

圖 4 背壓對材料力學(xué)性能的影響

（三）其他影響因素

1. 冷卻速度

如聚乙烯制樣過程中熔體冷卻速度過慢，試樣中易形成大的球晶，大球晶結(jié)構(gòu)使試樣發(fā)脆，導(dǎo)致力學(xué)性能降低；反之如果冷卻速度過快，試樣外表的熔體來不及結(jié)晶而成為非晶結(jié)構(gòu)，但試樣內(nèi)部仍有微晶結(jié)構(gòu)的形成，這種內(nèi)外程度的不均勻性會引起試樣出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，同樣會使試樣的拉伸性能發(fā)生變化。

圖5 聚乙烯球晶的光散射圖形

2. 注塑前的預(yù)處理

在制備樣品前，塑料原料可能需要進(jìn)行干燥處理，尤其是對于那些吸濕性較強(qiáng)的塑料如聚酰胺（PA）、ABS等。水分的存在會在拉伸過程中引發(fā)應(yīng)力集中，導(dǎo)致樣品提前破壞，使測試結(jié)果失真。通常采用干燥烘箱，在設(shè)定的溫度（如80－100°C對于PA，60－80°C對于ABS）與時(shí)間（4－24小時(shí)不等，依原料性質(zhì)與顆粒大小而定）條件下進(jìn)行干燥，直至達(dá)到恒定質(zhì)量，以確保水分充分去除。