聚四氟乙烯（PTFE）作為一種典型的高分子材料，憑借其卓越的耐腐蝕性、低摩擦因數和化學穩定性，經常作為往復液壓密封件使用。

然而，由于其長期處于承載條件下，故產生的壓縮蠕變會引起尺寸的變化，發生密封件根部擠壓損壞現象，在密封系統中影響密封性能。壓縮蠕變和磨損均會引起PTFE材料尺寸的變化，因此，深入研究 PTFE 的壓縮蠕變機理，建立科學的檢測方法，對提升 PTFE 制品的工程可靠性具有重要意義。

蠕變原理

 蠕變可以分為三種形變普彈形變、高彈形變以及黏性形變。高分子在外力作用下三中心變同時產生。公式如下，式中σ 為應力；E1 為普彈形變的彈性模量；E2 為高 彈模量；τ 為松弛時間；η1 為本體黏度。

典型蠕變曲線如圖2，第一階段為減速蠕變階段，第二段恒速蠕變階段，第三段為加入蠕變階段，且直至斷裂。

圖2 典型蠕變曲線

目前國內外大部分為研究PTFE材料的拉伸蠕變行為，對于壓縮蠕變行為的研究較少。

壓縮蠕變測試標準

• ASTM E139-11：標準蠕變、應力斷裂試驗方法，適用金屬材料
• ISO 204:2018：非金屬材料高溫蠕變測定規范
• GB/T 2039-2012：金屬拉伸蠕變及持久試驗方法
• ASTM D2990-17：塑料蠕變和蠕變斷裂測試標準
• JIS R 1611:2010：精細陶瓷高溫彎曲蠕變試驗方法

壓縮蠕變測試設備

國高材分析測試中心壓縮蠕變試驗機

技術參數：

• 力值傳感器量程:10KN，1kN;力值傳感器精度:
• +0.02%
• 步進馬達:0.072°/step，旋轉一圈360°走5000步;步進馬達精度:0.05um
• 光學測量精度:3um;光學系統測量延伸率范圍:30mm-200mm
• 標記塊安裝架尺寸:10mm*4mm，12.7mm*3.2mm
• 環境箱溫度范圍:-50℃-250℃

咨詢電話：020-66221668

壓縮蠕變的影響因素

1）溫度

溫度通過改變分子熱運動能量和自由體積，顯著影響蠕變行為（圖 3）：

• 玻璃態（T < Tg，Tg=157℃）：鏈段運動受限，普彈形變主導，蠕變柔量隨時間變化小，蠕變速率低。
• 高彈態（T > Tg）：鏈段自由運動，高彈形變迅速發展，蠕變柔量快速趨于平衡，穩態速率低。
• 玻璃化轉變區（T≈Tg）：鏈段松弛時間與觀測時間相當，蠕變柔量急劇變化，蠕變速率達到峰值。此時，PTFE 的非晶相從凍結狀態轉為活化狀態，分子鏈段的協同運動導致形變敏感性增強。

實驗數據表明，當溫度從 25℃升至 150℃時，相同應力下的瞬時應變顯著增加，第 Ⅰ 階段持續時間縮短，應力對穩態蠕變速率的影響減弱。這是因為高溫下分子間作用力降低，鏈段更容易克服位壘發生運動，從而加速蠕變過程。

圖3 不同溫度下應力-應變蠕變曲線

2）應力

應力通過改變分子鏈滑移阻力和晶相結構，主導蠕變進程（圖 3）：

• 低應力（<10MPa）：非晶區分子鏈段僅發生局部調整，蠕變以普彈和高彈形變為主，總應變小，穩態速率低。
• 中高應力（10-30MPa）：非晶區鏈段滑移加劇，晶相區晶格發生塑性變形，黏性流動占比增加，蠕變速率隨應力線性增長。
• 臨界應力（>30MPa）：分子鏈斷裂和晶相結構破壞，進入加速蠕變階段，應變急劇上升直至失效。

PTFE 分子的螺旋結構使其鏈間相互作用較弱，低應力下即可發生鏈段滑移。隨著應力增大，晶區與非晶區的協同變形加劇，尤其是晶界處的缺陷成為滑移起點，導致蠕變不可逆性增強。