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脆性温度检测

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发布时间：2025-06-02 06:10:14 更新时间：2025-06-01 06:10:14

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

脆性温度检测：材料低温性能的关键评估

脆性温度（Brittleness Temperature）是衡量材料（尤其是聚合物材料如塑料、橡胶、弹性体）在低温环境下抵抗脆性断裂能力的关键性能指标。它定义为在特定的冲击条件和应力状态下，试样发生脆性断裂（而非韧性断裂）的最高温度。该参数对于评估材料在寒冷气候、低温应用环境（如冷冻设备、户外结构件、汽车零部件、电缆护套、鞋底等）中的适用性、安全性和使用寿命至关重要。通过脆性温度检测，工程师和研发人员可以筛选合适的材料、优化配方、预测产品在低温下的失效风险，从而确保产品的可靠性和耐久性。

检测项目

脆性温度检测的核心项目就是确定材料的脆性温度点（通常以摄氏度或华氏度表示）。具体来说，该检测旨在：

1. 测定脆化温度：准确找出材料从韧性行为转变为脆性行为的临界温度点。低于此温度，材料在受到冲击或弯曲时更容易发生无预兆的脆性断裂。
2. 评估低温韧性：间接反映材料在低温下吸收冲击能量和抵抗开裂的能力。
3. 比较材料性能：对不同批次、配方或类型的材料进行低温脆性性能的对比分析。
4. 质量控制与规范符合性：验证材料是否满足相关产品标准或设计规范中关于最低使用温度的要求。

检测仪器

脆性温度检测主要使用专用仪器：脆性温度试验机。其核心组成部分包括：

1. 低温槽：用于盛放冷却介质（如工业酒精、甲醇、液氮或专用冷却液），并能精确控制和保持设定的测试温度。通常配备搅拌器以保证槽内温度均匀。
2. 温控系统：精确控制低温槽的温度，能以设定的速率降温或稳定在目标测试温度，温度测量精度需符合标准要求。
3. 冲击装置：对浸没在低温介质中的试样施加一个标准化的冲击力或弯曲力矩。常见的冲击方式有：
* 摆锤冲击：类似悬臂梁或简支梁冲击，一个摆锤打击试样的特定位置。
* 冲头冲击：一个特定形状和重量的冲头以设定的速度冲击夹持的试样。
4. 试样夹持装置：牢固夹持试样，确保其在冲击瞬间处于正确的姿态和位置。
5. 试样转移装置（可选/自动）：在多试样测试中，用于将试样从固定位置快速移至冲击位置，减少试样在冲击前的温升。

检测方法

脆性温度检测的常用方法主要遵循国际和国内标准，核心步骤包括：

1. 试样制备：根据标准要求裁切或模塑制备标准尺寸和形状的试样（通常为长条状）。试样表面应无缺陷、毛刺。
2. 温度设定：预设一个起始测试温度（通常预估高于材料脆性温度）。
3. 降温与恒温：将低温槽降温至预设温度，并充分恒温以确保试样内外温度均匀一致达到设定值。恒温时间需足够（通常5分钟以上）。
4. 试样放置：将试样快速放入低温槽中的试样夹具内，确保其完全浸没在冷却介质中。对于带转移装置的设备，试样在转移前已置于特定位置。
5. 施加冲击：在试样达到恒温状态后，迅速（通常在3秒内）启动冲击装置，对试样施加规定的冲击力。
6. 结果判定：取出试样，观察断裂情况。根据标准定义，通常：
* 试样完全断裂成两段或多段，则判定为“脆性断裂”（失效）。
* 试样未断裂或仅部分断裂（如出现裂纹但未断开），则判定为“韧性断裂”或“未失效”。
7. 温度调整：
* 单试样法：若试样失效，升高测试温度（如2°C或5°C）；若未失效，则降低温度。使用统计学方法（如升/降法）确定脆性温度。
* 多试样法：在系列温度点（如每5°C或10°C）测试多个试样（通常每个温度点10个试样），计算在某一温度下试样发生脆性断裂的百分比（如50%）。该温度点即为脆性温度。
8. 计算与报告：根据选定的方法和标准，计算材料的脆性温度值，并报告测试条件、标准依据、试样信息及观察到的现象。

检测标准

脆性温度检测严格遵循国际、国家或行业标准，确保结果的可比性和可靠性。常用标准包括：

1. 国际标准：
* ISO 974: Plastics — Determination of the brittleness temperature by impact. 这是最广泛使用的国际标准，规定了塑料在冲击条件下测定脆化温度的方法。
* ASTM D746: Standard Test Method for Brittleness Temperature of Plastics and Elastomers by Impact. 美国材料与试验协会标准，适用于塑料和弹性体。
* ASTM D2137: Standard Test Methods for Rubber Property — Brittleness Point of Flexible Polymers and Coated Fabrics. 针对橡胶、柔性聚合物及涂层织物的脆性温度测试方法。
2. 中国国家标准 (GB)：
* GB/T 5470: 塑料冲击法脆化温度的测定. 等效采用ISO 974。
* GB/T 15256: 硫化橡胶或热塑性橡胶低温脆性的测定(多试样法). 用于橡胶。
* GB/T 1682: 硫化橡胶低温脆性的测定单试样法.
3. 行业标准：特定产品领域（如电线电缆、汽车材料）可能有更具体的行业标准引用或基于上述通用标准的补充要求。

选择哪种标准取决于被测材料的类型（塑料/橡胶/弹性体）、产品应用领域以及客户或法规的具体要求。标准中详细规定了试样尺寸、形状、制备方法、冷却介质、冲击条件（速度、能量、冲头/摆锤规格）、温度间隔、恒温时间、结果判定准则以及报告要求等关键参数。