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(guò)程中會(huì)受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強(qiáng)度是對(duì)塑料耐老化性能的評(píng)估的重要依據(jù)。塑料老化后通常會(huì)出現(xiàn)粉化、變形等變化，拉伸強(qiáng)度測(cè)試準(zhǔn)確性降低，因此提升老化后拉伸測(cè)試的準(zhǔn)確性很有必要。

二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1 、實(shí)驗(yàn)樣品

A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強(qiáng)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(jìn)行拉伸測(cè)試。老化溫度為120℃，期間老化24h、48h和168h取出進(jìn)行拉伸測(cè)試。

2.2測(cè)試與表征

拉伸測(cè)試和處理：拉伸測(cè)試速度50mm/min，夾具間距115mm。

三、 實(shí)驗(yàn)探究分析

2.1 不同溫度和時(shí)間老化對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響

實(shí)驗(yàn)中對(duì)兩種樣品分別用120℃和150℃進(jìn)行老化，并在固定時(shí)間取樣進(jìn)行拉伸測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

圖1 不同溫度下老化后拉伸強(qiáng)度

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

2.2 粉化樣條測(cè)試方法研究

2.2.1 粉化樣品測(cè)試強(qiáng)度測(cè)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(qiáng)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(duì)比

對(duì)粉化的樣條進(jìn)行拉伸測(cè)試，拉伸強(qiáng)度都很低，B拉伸結(jié)果如圖3，A拉伸測(cè)試結(jié)果如圖4：

圖3 B測(cè)試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖4 A測(cè)試結(jié)果與應(yīng)力應(yīng)變曲線

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

A老化前拉伸強(qiáng)度為19.6MPa，老化后平均拉伸強(qiáng)度為2.05MPa，降低了89.5%。老化后拉伸強(qiáng)度波動(dòng)較大。拉伸測(cè)試過(guò)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(guò)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(duì)拉伸過(guò)程進(jìn)行改善。兩種樣品的拉伸斷裂情況見(jiàn)圖5。

圖5 兩種樣品的拉伸斷裂情況

2.2.2粉化后樣條測(cè)試方法研究

1、A粉化嚴(yán)重，主要對(duì)A進(jìn)行拉伸測(cè)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(shí)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(jìn)行計(jì)算，拉伸強(qiáng)度的準(zhǔn)確性將會(huì)有提升。實(shí)驗(yàn)中對(duì)比了不測(cè)尺寸，中部尺寸和斷裂處尺寸三種計(jì)算方式對(duì)結(jié)果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 A不同計(jì)算尺寸對(duì)應(yīng)結(jié)果

從結(jié)果來(lái)看，若將實(shí)際斷裂處尺寸帶入計(jì)算拉伸強(qiáng)度，得到的結(jié)果均勻性相對(duì)會(huì)好一些，結(jié)果也更低。

2、在拉伸測(cè)試中，若不在樣條中部斷裂，測(cè)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(gè)方面改善：端部強(qiáng)度增強(qiáng)；端部不參與測(cè)試。

方法一是端部增強(qiáng)，我們采用保鮮膜圖（7）對(duì)端部進(jìn)行捆綁增強(qiáng)，包覆后拉伸測(cè)試斷裂點(diǎn)也大都在夾具內(nèi)（端部），且測(cè)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(duì)端部進(jìn)行粘接捆綁增強(qiáng)，包覆后拉伸測(cè)試斷裂點(diǎn)也大都在夾具內(nèi)（端部），且測(cè)試結(jié)果比較低。

圖7 保鮮膜對(duì)端部進(jìn)行捆綁增強(qiáng)

后面采用AB膠水增強(qiáng)，將AB膠水涂覆于樣條端部，涂層盡量厚實(shí)，待其晾干以后進(jìn)行拉伸測(cè)試，實(shí)驗(yàn)證明膠水對(duì)端部有增強(qiáng)作用，樣條基本都在中部斷裂，測(cè)試結(jié)果也較穩(wěn)定，拉伸強(qiáng)度為2.91Mpa，測(cè)試結(jié)果如圖8，測(cè)試圖片圖9。

圖8 膠水增強(qiáng)后的拉伸結(jié)果

圖9 膠水增強(qiáng)照片

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

2.3老化過(guò)程中樣品形貌變化

對(duì)樣品進(jìn)行截面觀察，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，表面開(kāi)始出現(xiàn)變化，等表面出現(xiàn)分層現(xiàn)象時(shí)，拉伸強(qiáng)度已經(jīng)顯著降低，不同老化時(shí)間的形貌如圖10。

圖10 不同老化時(shí)間的形貌圖

四、 案例總結(jié)

隨著老化時(shí)間的增加，樣品拉伸強(qiáng)度越來(lái)越低，溫度越高，降低的速度和幅度越大。

對(duì)于老化后的拉伸測(cè)試：

1、 若不是粉化相當(dāng)嚴(yán)重（拉伸強(qiáng)度≥5MPa），拉伸測(cè)試可以正常進(jìn)行，較少會(huì)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(qiáng)度在2-5MPa之間），也許會(huì)出現(xiàn)斷裂在端部的現(xiàn)象，此時(shí)可以使用膠水對(duì)端部進(jìn)行增強(qiáng)，改善斷裂點(diǎn)，提升測(cè)試穩(wěn)定性。若只關(guān)注拉伸強(qiáng)度而不關(guān)注斷裂伸長(zhǎng)率，則可以通過(guò)減小夾具間距的方式進(jìn)行改善斷裂點(diǎn)。

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