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耐应力开裂检测

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发布时间：2025-07-11 09:03:28 更新时间：2025-07-10 09:03:28

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

耐应力开裂检测

耐应力开裂性能是衡量高分子材料（如塑料、弹性体、涂料涂层等）在长期承受应力（包括外部机械应力和内部残余应力）作用下，抵抗表面或内部产生裂纹、龟裂或最终断裂失效能力的关键指标。这一性能对于材料在复杂工况下的长期服役安全性和可靠性至关重要。在汽车零部件、电线电缆护套、管道系统、医疗器械、包装材料以及户外建筑材料等领域，材料可能长期暴露于机械载荷、热循环、化学介质（如溶剂、油脂、清洁剂）或环境因素（如紫外光、湿度）之下，这些条件都可能诱发或加速应力开裂失效。因此，准确评估材料的耐应力开裂性，是产品设计选材、工艺优化和质量控制不可或缺的环节。

主要检测项目

耐应力开裂检测的核心在于模拟材料在实际使用中可能面临的应力状态和环境条件，评估其抵抗开裂的能力和失效时间。主要检测项目包括：

恒定负荷应力开裂测试： 测试材料在持续恒定拉伸或弯曲应力作用下的开裂行为。
恒定应变应力开裂测试： 将材料固定在特定应变（变形）状态，观察其在恒定形变下抵抗开裂的能力。
环境应力开裂测试： 在施加应力的同时，将试样暴露于特定化学介质（如醇类、酯类、表面活性剂溶液等）或环境条件下（如温度、湿度），评估介质对开裂的加速作用。
切口敏感性测试： 通过在试样上预制切口或缺口，评估其对裂纹萌生和扩展的敏感性。
长期静液压测试（主要针对管道）： 评估热塑性塑料管材在内部恒定液压和特定温度下的耐慢速裂纹增长能力。

常用检测仪器

进行耐应力开裂检测需要专门的设备来精确施加和控制应力/应变，并模拟环境条件：

万能材料试验机： 用于进行拉伸、弯曲等恒定负荷或恒定应变速率的应力开裂试验。
恒应力蠕变试验机： 专为长时间施加恒定负荷并监测应变或开裂时间而设计。
弯曲夹具（如弯条夹具）： 用于将条状试样弯曲并固定在恒定应变的状态，常用于评估环境应力开裂。
环境试验箱： 提供可控的温度、湿度环境，或用于容纳化学介质浴槽。
介质浸泡槽： 用于盛放化学介质，使处于应力状态的试样浸没其中。
切口制样设备： 如铣床、剃刀片或专用缺口制样机，用于制备带标准切口的试样。
静液压试验机： 专门用于对管材施加内部恒定液压和温度。
观察设备： 放大镜、体视显微镜或带摄像功能的监测系统，用于定时观察和记录裂纹萌生及扩展情况。

典型检测方法

根据材料类型、应用场景和关注点不同，有多种标准化的检测方法：

球或针压痕法： 在试样表面用钢球或针施加恒定压力，置于特定环境（如介质、温度）下，观察规定时间内是否出现裂纹。常用于硬质塑料、涂层。
弯曲试条法： 将矩形长条试样弯曲成U形或环形，用夹具固定，使其表面处于拉伸应力状态，然后浸入选定化学介质中，定期观察记录50%试样开裂所需的时间（F₅₀）。常用标准如ASTM D1693（聚乙烯）。
恒定拉伸应力法： 在万能试验机上对哑铃型试样施加恒定的拉伸应力，并暴露于特定环境（如高温、介质蒸气），记录至断裂的时间或特定时间后的残余强度/形变。
切口悬臂梁试验： 对带标准缺口的试样施加恒定弯曲应力，常用于评估聚碳酸酯等工程塑料的耐应力开裂性（如ISO 22088-3, ASTM D256）。
全切口蠕变试验： 对带有环形深切口的管材或棒状试样施加恒定拉伸载荷，测定裂纹扩展速率或失效时间（如ISO 16770, ASTM F1473 - 聚烯烃管材）。
静液压试验： 向管材内部施加恒定压力的液体（通常是水），并在恒温下保持，记录发生失效的时间和压力等级（如ISO 1167, ASTM D1598, GB/T 6111）。

主要检测标准

耐应力开裂检测遵循国际、国家或行业标准，确保测试结果的可比性和可靠性。核心标准包括：

通用/多种材料：
- ISO 22088 (Plastics - Determination of resistance to environmental stress cracking - ESC)：包含多个部分（弯条法、恒定拉伸应力法、球或针压痕法、切口或缺口试样拉伸法）。
- ASTM D1693 (Standard Test Method for Environmental Stress-Cracking of Ethylene Plastics)：经典弯条法，主要用于聚乙烯。
- GB/T 1842 (塑料悬臂梁冲击强度的测定) - 常结合缺口敏感性评估ESCR（间接）。
- GB/T 2951.41 (电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第41部分：聚乙烯和聚丙烯混合料专用试验方法 - 耐环境应力开裂) - 常采用ASTM D1693方法。
管材专用：
- ISO 1167 (Thermoplastics pipes, fittings and assemblies for the conveyance of fluids - Determination of the resistance to internal pressure - Part 4: Preparation of assemblies)。
- ASTM D1598 (Standard Test Method for Time-to-Failure of Plastic Pipe Under Constant Internal Pressure)。
- ASTM F1473 (Standard Test Method for Notch Tensile Test to Measure the Resistance to Slow Crack Growth of Polyethylene Pipes and Resins)。
- ISO 16770 (Plastics - Determination of environmental stress cracking (ESC) of polyethylene - Full-notch creep test (FNCT))。
- GB/T 6111 (流体输送用热塑性塑料管材耐内压试验方法)。
涂层/薄膜：
- 常借鉴ISO 22088-3（球或针压痕法）或特定行业标准。