工程塑料耐高溫性能測(cè)試報(bào)告

一、測(cè)試概述

工程塑料憑借輕量化、耐腐蝕、易加工等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、機(jī)械制造等領(lǐng)域，尤其在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊、電子設(shè)備散熱部件等高溫工況場(chǎng)景中應(yīng)用日益增多。高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致工程塑料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而引發(fā)力學(xué)強(qiáng)度下降、變形量增大等問(wèn)題，直接影響產(chǎn)品的使用可靠性與使用壽命。因此，精準(zhǔn)評(píng)估工程塑料在高溫工況下的力學(xué)強(qiáng)度保持率與變形量，是保障其應(yīng)用安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本次測(cè)試針對(duì)XX型號(hào)PA66+玻纖增強(qiáng)工程塑料，模擬其實(shí)際應(yīng)用中的高溫工況，設(shè)置不同溫度梯度與恒溫時(shí)長(zhǎng)，開展耐高溫性能專項(xiàng)測(cè)試。通過(guò)檢測(cè)高溫處理前后材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等核心力學(xué)指標(biāo)，計(jì)算力學(xué)強(qiáng)度保持率；同時(shí)測(cè)試材料在高溫恒定載荷下的熱變形量，全面評(píng)估該工程塑料在高溫環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)深入分析溫度與時(shí)間對(duì)材料性能的影響規(guī)律，識(shí)別材料耐高溫性能的薄弱點(diǎn)，為材料配方優(yōu)化、應(yīng)用場(chǎng)景適配及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

二、測(cè)試目的

1.  評(píng)估該型號(hào)工程塑料在不同高溫梯度（80℃、100℃、120℃、140℃）下的力學(xué)性能變化，計(jì)算拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的保持率，明確材料耐高溫的臨界溫度范圍。

2.  測(cè)試該工程塑料在特定高溫（120℃，模擬實(shí)際應(yīng)用最高溫度）、不同恒溫時(shí)長(zhǎng)（24h、72h、168h）下的力學(xué)強(qiáng)度衰減規(guī)律，評(píng)估材料長(zhǎng)期耐高溫穩(wěn)定性。

3.  測(cè)定材料在高溫恒定載荷下的熱變形量，驗(yàn)證其在高溫工況下的尺寸穩(wěn)定性，確保滿足產(chǎn)品裝配與使用要求。

4.  分析高溫對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，探究力學(xué)強(qiáng)度下降與變形量增大的內(nèi)在機(jī)理。

5.  驗(yàn)證該工程塑料的耐高溫性能是否符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)應(yīng)用技術(shù)要求，為其在高溫工況場(chǎng)景的應(yīng)用提供可靠性依據(jù)。

6.  對(duì)比不同批次材料的耐高溫性能差異，評(píng)估生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。

三、測(cè)試依據(jù)

1.  國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 1040.1-2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第1部分：總則》、GB/T 9341-2008《塑料 彎曲性能的測(cè)定》、GB/T 1843-2008《塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定》、GB/T 1633-2000《熱塑性塑料維卡軟化溫度(VST)的測(cè)定》、GB/T 1634.1-2019《塑料 負(fù)荷變形溫度的測(cè)定 第1部分：通用試驗(yàn)方法》。

2.  行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：QC/T 1027-2015《汽車用工程塑料及復(fù)合材料 性能要求和試驗(yàn)方法》、SJ/T 11563-2016《電子電器用工程塑料 耐高溫性能測(cè)試規(guī)范》。

四、測(cè)試設(shè)備與環(huán)境

（一）核心測(cè)試設(shè)備

本次測(cè)試所使用的核心設(shè)備均經(jīng)過(guò)專業(yè)計(jì)量校準(zhǔn)，精度符合測(cè)試要求，狀態(tài)良好，具體包括：高低溫恒溫試驗(yàn)箱（溫度范圍-70℃~200℃，精度±1℃），用于模擬高溫工況并實(shí)現(xiàn)恒溫處理；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)（型號(hào)：最大試驗(yàn)力100kN，精度±0.5%），用于測(cè)試材料的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度；懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)（沖擊能量0.5~5.5J，精度±0.1J），用于測(cè)試材料的沖擊強(qiáng)度；熱變形維卡溫度測(cè)定儀（溫度范圍室溫~300℃，載荷范圍0~500N），用于測(cè)試材料的熱變形量；掃描電子顯微鏡，用于觀察高溫處理后材料的微觀結(jié)構(gòu)；電子天平（精度0.1mg），用于稱量試樣質(zhì)量；試樣加工設(shè)備，用于制備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試樣。

（二）測(cè)試環(huán)境參數(shù)

本次測(cè)試在標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行，環(huán)境參數(shù)嚴(yán)格控制，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與重復(fù)性。具體環(huán)境參數(shù)為：室溫測(cè)試環(huán)境溫度23±2℃，相對(duì)濕度50±5%RH；高溫測(cè)試環(huán)境在高低溫恒溫試驗(yàn)箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)，溫度控制精度±1℃，恒溫過(guò)程中箱內(nèi)氣流速度≤0.2m/s，避免氣流對(duì)試樣溫度均勻性產(chǎn)生影響；力學(xué)性能測(cè)試區(qū)域無(wú)振動(dòng)、無(wú)電磁干擾，試驗(yàn)設(shè)備放置平穩(wěn)，接地良好。

五、測(cè)試樣品

（一）樣品來(lái)源與規(guī)格

本次測(cè)試樣品為型號(hào)PA66+玻纖增強(qiáng)工程塑料，隨機(jī)抽取3個(gè)生產(chǎn)批次，每批次制備20組標(biāo)準(zhǔn)試樣，共計(jì)60組試樣。樣品核心規(guī)格參數(shù)如下：玻纖含量25%；密度1.32g/cm3；初始拉伸強(qiáng)度180MPa；初始彎曲強(qiáng)度260MPa；初始沖擊強(qiáng)度（缺口）85J/m；標(biāo)稱應(yīng)用溫度范圍-40℃~120℃；產(chǎn)品形態(tài)為顆粒狀，經(jīng)注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試試樣。

（二）樣品分組與預(yù)處理

1.  樣品分組：將60組試樣分為3個(gè)測(cè)試組，第一組為不同溫度梯度測(cè)試組（30組，含3個(gè)批次，每批次10組），用于測(cè)試80℃、100℃、120℃、140℃四個(gè)溫度下的力學(xué)性能；第二組為恒溫時(shí)長(zhǎng)測(cè)試組（15組，含3個(gè)批次，每批次5組），用于測(cè)試120℃下24h、72h、168h恒溫后的力學(xué)性能；第三組為熱變形量測(cè)試組（15組，含3個(gè)批次，每批次5組），用于測(cè)試120℃、0.45MPa載荷下的熱變形量。

2.  樣品預(yù)處理：所有試樣均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求制備為標(biāo)準(zhǔn)尺寸：拉伸試樣為1A型（長(zhǎng)150mm、寬10mm、厚4mm），彎曲試樣為80mm×10mm×4mm，沖擊試樣為80mm×10mm×4mm（V型缺口，缺口深度2mm）；試樣制備后，用砂紙打磨表面毛刺，確保尺寸精度；將所有試樣放置于室溫測(cè)試環(huán)境中靜置24小時(shí)，使試樣溫度與環(huán)境溫度一致；測(cè)試前對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢查，剔除表面有裂紋、氣泡、雜質(zhì)的不合格試樣。

六、測(cè)試方法與步驟

（一）不同溫度梯度力學(xué)性能測(cè)試

1.  測(cè)試準(zhǔn)備：從第一組試樣中選取各批次試樣，每組溫度梯度對(duì)應(yīng)3個(gè)批次的3組試樣；將試樣放入高低溫恒溫試驗(yàn)箱，分別設(shè)置溫度為80℃、100℃、120℃、140℃，恒溫時(shí)間均為24小時(shí)，確保試樣充分受熱。

2.  力學(xué)性能測(cè)試：恒溫結(jié)束后，將試樣取出，在室溫環(huán)境中放置30分鐘，使其溫度恢復(fù)至室溫；按照GB/T 1040.1-2006標(biāo)準(zhǔn)，用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度，拉伸速度設(shè)置為5mm/min；按照GB/T 9341-2008標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試彎曲強(qiáng)度，彎曲速度設(shè)置為2mm/min，支撐跨度為64mm；按照GB/T 1843-2008標(biāo)準(zhǔn)，用懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)試沖擊強(qiáng)度；同步測(cè)試未經(jīng)過(guò)高溫處理的空白試樣（對(duì)照組）的力學(xué)性能。

3.  強(qiáng)度保持率計(jì)算：根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算各溫度下材料的力學(xué)強(qiáng)度保持率，計(jì)算公式為：強(qiáng)度保持率（%）=（高溫處理后強(qiáng)度/空白試樣強(qiáng)度）×100%。

（二）恒溫時(shí)長(zhǎng)力學(xué)性能衰減測(cè)試

1.  測(cè)試準(zhǔn)備：從第二組試樣中選取各批次試樣，每組恒溫時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)3個(gè)批次的3組試樣；將試樣放入高低溫恒溫試驗(yàn)箱，設(shè)置溫度為120℃，分別恒溫24h、72h、168h。

2.  測(cè)試與計(jì)算：恒溫結(jié)束后，重復(fù)步驟（一）中的力學(xué)性能測(cè)試流程，測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度；計(jì)算不同恒溫時(shí)長(zhǎng)下的力學(xué)強(qiáng)度保持率，分析強(qiáng)度衰減規(guī)律。

（三）高溫?zé)嶙冃瘟繙y(cè)試

1.  測(cè)試準(zhǔn)備：從第三組試樣中選取各批次試樣，按照GB/T 1634.1-2019標(biāo)準(zhǔn)，將試樣放置于熱變形維卡溫度測(cè)定儀的樣品架上，調(diào)整試樣位置，確保壓頭對(duì)準(zhǔn)試樣中心；設(shè)置試驗(yàn)溫度為120℃，升溫速率為120℃/h，施加的恒定載荷為0.45MPa（模擬實(shí)際應(yīng)用中的工作載荷）。

2.  測(cè)試過(guò)程：?jiǎn)?dòng)測(cè)試儀器，實(shí)時(shí)記錄試樣在升溫至120℃并恒溫2h過(guò)程中的變形量數(shù)據(jù)；當(dāng)變形量不再明顯變化時(shí)，記錄最終熱變形量；每個(gè)批次的5組試樣平行測(cè)試，取平均值作為該批次的熱變形量結(jié)果。

（四）微觀結(jié)構(gòu)分析

選取120℃恒溫24h后力學(xué)性能衰減較明顯的試樣與空白試樣，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察兩者的微觀結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)觀察玻纖與樹脂基體的結(jié)合界面、樹脂分子鏈形態(tài)、是否存在微裂紋等，分析高溫對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的影響。

七、測(cè)試結(jié)果與分析

（一）不同溫度梯度力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果與分析

1.  力學(xué)強(qiáng)度保持率數(shù)據(jù)：空白試樣的平均拉伸強(qiáng)度為180.5MPa，平均彎曲強(qiáng)度為260.8MPa，平均沖擊強(qiáng)度為84.6J/m；不同溫度梯度下的力學(xué)強(qiáng)度保持率如下：80℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度保持率92.3%、彎曲強(qiáng)度保持率94.5%、沖擊強(qiáng)度保持率88.7%；100℃時(shí)，三者分別為86.5%、89.2%、82.4%；120℃時(shí)，三者分別為81.2%、85.6%、76.3%；140℃時(shí)，三者分別為65.8%、70.3%、58.5%。

2.  溫度影響規(guī)律分析：測(cè)試結(jié)果表明，隨著溫度升高，工程塑料的力學(xué)強(qiáng)度保持率呈顯著下降趨勢(shì)。80℃~100℃范圍內(nèi)，強(qiáng)度衰減較為平緩，平均每升高20℃，拉伸強(qiáng)度保持率下降5.8個(gè)百分點(diǎn)；100℃~120℃范圍內(nèi)，衰減速率加快，拉伸強(qiáng)度保持率下降5.3個(gè)百分點(diǎn)；120℃~140℃范圍內(nèi)，衰減速率急劇加快，拉伸強(qiáng)度保持率下降15.4個(gè)百分點(diǎn)，遠(yuǎn)超過(guò)前兩個(gè)溫度區(qū)間的衰減幅度。這是因?yàn)楫?dāng)溫度超過(guò)材料的熱變形溫度臨界值后，樹脂基體的分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇，玻纖與樹脂基體的結(jié)合界面出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致力學(xué)性能大幅下降。120℃時(shí)，各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度保持率均滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；140℃時(shí)，拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度保持率均低于標(biāo)準(zhǔn)限值，材料無(wú)法滿足該溫度下的使用要求。

（二）恒溫時(shí)長(zhǎng)力學(xué)性能衰減測(cè)試結(jié)果與分析

1.  強(qiáng)度衰減規(guī)律數(shù)據(jù)：120℃恒溫條件下，不同時(shí)長(zhǎng)的力學(xué)強(qiáng)度保持率如下：24h時(shí)，拉伸強(qiáng)度保持率81.2%、彎曲強(qiáng)度保持率85.6%、沖擊強(qiáng)度保持率76.3%；72h時(shí)，三者分別為78.5%、82.3%、73.1%；168h時(shí)，三者分別為75.8%、79.5%、69.8%。

2.  時(shí)長(zhǎng)影響規(guī)律分析：隨著恒溫時(shí)長(zhǎng)的延長(zhǎng)，材料的力學(xué)強(qiáng)度保持率緩慢下降，呈現(xiàn)“前期快、后期緩”的衰減特征。24h~72h（48h內(nèi)），拉伸強(qiáng)度保持率下降2.7個(gè)百分點(diǎn)；72h~168h（96h內(nèi)），拉伸強(qiáng)度保持率下降2.7個(gè)百分點(diǎn)，衰減速率趨于平穩(wěn)。這是因?yàn)楦邷爻跗?，樹脂基體與玻纖界面的結(jié)合力快速下降，導(dǎo)致強(qiáng)度快速衰減；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，界面結(jié)合力的下降空間減小，強(qiáng)度衰減趨于平緩。168h（7天）恒溫后，各項(xiàng)力學(xué)強(qiáng)度保持率仍滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明材料在120℃下具備較好的長(zhǎng)期耐高溫穩(wěn)定性。

（三）高溫?zé)嶙冃瘟繙y(cè)試結(jié)果與分析

1.  熱變形量數(shù)據(jù)：3個(gè)批次試樣在120℃、0.45MPa載荷下的平均熱變形量分別為1.2mm、1.3mm、1.2mm，整體平均熱變形量為1.23mm，遠(yuǎn)低于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的≤2mm，且批次間差異較小，最大差值僅0.1mm。

2.  尺寸穩(wěn)定性分析：測(cè)試過(guò)程中，試樣的變形主要發(fā)生在升溫階段（從室溫升至120℃），升溫結(jié)束后恒溫2h內(nèi)，變形量?jī)H增加0.1~0.2mm，說(shuō)明材料在高溫恒定溫度下的尺寸穩(wěn)定性良好。玻纖的增強(qiáng)作用有效抑制了樹脂基體的熱膨脹變形，確保材料在高溫載荷下仍能保持較好的尺寸精度，滿足產(chǎn)品裝配與使用要求。

（四）微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

掃描電子顯微鏡觀察顯示，空白試樣中玻纖與樹脂基體結(jié)合緊密，界面無(wú)明顯縫隙，樹脂分子鏈排列規(guī)整；120℃恒溫24h后的試樣，玻纖與樹脂基體的結(jié)合界面出現(xiàn)輕微縫隙，樹脂分子鏈出現(xiàn)局部斷裂現(xiàn)象，但未出現(xiàn)明顯的微裂紋；140℃恒溫24h后的試樣，界面縫隙明顯增大，樹脂基體出現(xiàn)大量微裂紋，玻纖表面出現(xiàn)輕微脫粘現(xiàn)象。這進(jìn)一步驗(yàn)證了高溫導(dǎo)致玻纖與樹脂界面結(jié)合力下降、樹脂分子鏈損傷，是力學(xué)性能下降的核心原因。

八、測(cè)試結(jié)論

1.  耐高溫性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求：此型號(hào)PA66+玻纖增強(qiáng)工程塑料在120℃（標(biāo)稱最高應(yīng)用溫度）下，24h恒溫后拉伸強(qiáng)度保持率81.2%、彎曲強(qiáng)度保持率85.6%、沖擊強(qiáng)度保持率76.3%，均滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；168h長(zhǎng)期恒溫后，各項(xiàng)強(qiáng)度保持率仍達(dá)標(biāo)，具備良好的長(zhǎng)期耐高溫穩(wěn)定性；120℃、0.45MPa載荷下熱變形量?jī)H1.23mm，尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異。

2.  溫度對(duì)性能影響顯著，存在臨界溫度區(qū)間：材料在80℃~100℃范圍內(nèi)力學(xué)性能衰減平緩，100℃~120℃衰減加快，120℃~140℃衰減急劇加速；140℃時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度保持率低于標(biāo)準(zhǔn)限值，無(wú)法滿足使用要求，120℃為該材料的耐高溫臨界溫度。

3.  微觀結(jié)構(gòu)變化是性能衰減的核心原因：高溫導(dǎo)致樹脂基體分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇、玻纖與樹脂界面結(jié)合力下降，甚至出現(xiàn)界面縫隙與微裂紋，進(jìn)而引發(fā)力學(xué)性能下降；玻纖增強(qiáng)作用有效提升了材料的高溫尺寸穩(wěn)定性。

4.  生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，批次一致性優(yōu)：3個(gè)生產(chǎn)批次的力學(xué)強(qiáng)度保持率與熱變形量差異較小，最大差值均不超過(guò)1個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明材料生產(chǎn)工藝成熟穩(wěn)定，質(zhì)量一致性優(yōu)良。

5.  應(yīng)用場(chǎng)景適配性良好：該材料的耐高溫性能可滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)周邊等120℃及以下高溫工況的使用需求，在該溫度范圍內(nèi)具備可靠的力學(xué)性能與尺寸穩(wěn)定性。