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恒定负荷反复压陷疲劳后性能检测

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发布时间：2025-07-11 20:54:24 更新时间：2025-07-10 20:54:24

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

恒定负荷反复压陷疲劳后性能检测

恒定负荷反复压陷疲劳测试是一种评估材料（尤其是软质泡沫、弹性体、纺织品复合材料及成品如床垫、坐垫、绝缘垫等）在长期、周期性机械应力作用下的耐久性与性能保持能力的关键方法。该测试的核心在于模拟产品在实际使用过程中承受重复性挤压载荷（如人体反复坐卧）的环境，通过设定恒定压力或位移，对试样进行成千上万次甚至百万次的循环压陷，最终检测其经过疲劳老化后的物理、机械及功能性能的变化。这种测试对于预测产品的使用寿命、评估结构稳定性、确保安全性和舒适性至关重要，广泛应用于家具、汽车内饰、运动器材、包装材料及医疗设备等领域的产品研发与质量控制。

检测项目

经过恒定负荷反复压陷疲劳测试后，主要关注以下性能指标的变化：

物理性能指标：
• 厚度损失率/永久变形率： 测量测试前后试样的厚度变化，计算变形率，反映材料的抗永久变形能力。
• 回弹率/复原率： 测量卸载后试样恢复原始厚度或高度的能力。
• 硬度变化（压陷硬度）： 测试疲劳后材料表面硬度（通常指在规定压陷量下的抵抗力）的变化。
• 压缩残余应变： 在特定条件下测量卸载后的残余形变。
• 密度变化（若适用）： 评估材料内部结构是否因疲劳而破坏导致密度改变。

结构与功能性能指标：
• 表面形态与结构完整性： 观察是否有开裂、断裂、分层、粉化、起皱等破坏现象。
• 支撑性能变化： 对于坐垫、床垫类产品，评估其支撑力分布和人体工程学性能的衰减。
• 动态舒适性评价： 结合主观评价或客观仪器测量（如压力分布图），评估疲劳后的舒适度变化。
• 吸能特性变化： 对于防护或包装材料，评估其能量吸收能力的保持情况。

检测仪器

执行恒定负荷反复压陷疲劳试验及后续性能检测的核心设备包括：

1. 万能材料试验机/专用疲劳试验机：
• 核心设备，要求具备精确的力值控制（恒定负荷模式）或位移控制模式。
• 配备可编程控制器，能设定并执行复杂的循环加载模式（如正弦波、方波、梯形波），包括加载速率、保压时间、卸载速率、循环次数等。
• 高精度力传感器（量程需覆盖测试所需力值范围）和位移传感器（如LVDT）。

2. 压头（压盘）：
• 形状和尺寸根据标准或产品要求定制，常见的有圆形平压盘、半球形压头、仿形压头（如模拟臀部）等。
• 材质通常为硬质金属（如钢），表面光滑。

3. 环境模拟舱（可选但重要）：
• 若测试需要在特定温湿度条件下进行（如高温高湿加速老化），需配备温控舱。

4. 厚度测量仪：
• 精度高的百分表、数显测厚仪或激光测距仪，用于测量疲劳前后的试样厚度。

5. 硬度计：
• 如邵氏硬度计（A、C、D型等），用于测量压陷硬度或表面硬度。

6. 压力分布测试系统（可选）：
• 用于评估支撑性能和舒适性变化的多点压力传感器垫或阵列。

7. 影像记录设备：
• 高分辨率相机或显微镜，用于记录疲劳前后的外观变化和破坏模式。

检测方法

检测流程通常包括以下关键步骤：

1. 试样制备与初始测量： 按标准裁剪试样，在标准温湿度环境下调节后，精确测量初始厚度、硬度、重量（若需）等参数。记录外观状态。

2. 安装与参数设定： 将试样固定于测试机底座上。设定测试参数：
• 测试模式： 恒定负荷模式（设定目标力值）或恒定位移模式（设定目标位移/压陷深度）。
• 循环波形： 通常为加载-保压-卸载-间歇的梯形波或正弦波。
• 加载/卸载速率： 设定力值或位移变化的快慢。
• 保压时间： 在最大负荷或位移处的保持时间。
• 循环次数： 依据标准或产品寿命要求设定（如几千次到几十万次不等）。
• 频率： 循环的速度（Hz）。

3. 执行疲劳测试： 启动试验机，按设定程序对试样进行反复压陷。设备自动记录循环次数、实际力/位移曲线。

4. 恢复期： 测试完成后，将试样取出，在标准环境中放置规定时间（如24小时或72小时），使其尽可能恢复弹性变形。

5. 疲劳后性能检测：
• 最终厚度测量： 测量恢复期后的厚度，计算厚度损失率(%)。
• 硬度测试： 在指定位置测量硬度，与初始值比较。
• 回弹性能测试： 可能通过特定的回弹测试程序或通过卸载曲线分析。
• 外观检查： 详细检查并记录开裂、断裂、分层、压痕、变色等破坏情况。
• 其他专项测试： 根据要求进行压力分布测试、残余应变测量等。

6. 数据分析与报告： 对比疲劳前后的各项性能指标，计算变化率，评估耐久性等级。结合外观检查结果，给出综合结论。

检测标准

恒定负荷反复压陷疲劳测试及其后性能评估遵循一系列国际、国家或行业标准，确保测试结果的可比性和权威性。主要标准包括：

国际/通用标准：
• ASTM D3574: Standard Test Methods for Flexible Cellular Materials – Slab, Bonded, and Molded Urethane Foams - Test I (Static Force Loss), Test J (Fatigue by Constant Force Pounding)：针对聚氨酯泡沫的疲劳测试权威标准，详细规定了恒定力冲击（压陷）疲劳的方法和压陷后厚度损失的测量。
• ISO 3385: Flexible cellular polymeric materials – Laboratory assessment of horizontal burning characteristics, but primarily known for fatigue testing in Part 1: Constant load pounding test：规定了恒定负荷反复压陷试验测定软质泡沫材料疲劳性能的通用方法。
• ISO 2439: Flexible cellular polymeric materials – Determination of hardness (indentation technique) - 虽主要讲硬度，但压陷疲劳后硬度是核心检测项。

特定行业/产品标准：
• 汽车内饰： 各大车厂通常有内部标准，常参考SAE J或GM、Ford、VW等标准，如GM 9305P (Seat Cushion Foam Durability Test)。
• 家具/床垫： BIFMA (如BIFMA X5.4 for Office Chairs), EN 1728 (Furniture - Seats - Test methods for the determination of strength and durability), BS EN 1957 (Domestic and contract mattresses and divans - Test methods and minimum requirements)。
• 运动器材： 如用于鞋垫、运动垫等的测试可能有特定要求。
• 国家/地区标准： GB/T (中国), JIS (日本), DIN (德国) 等均有类似测试方法标准。