塑料样条的制备条件对力学性能检测准确性的研究

在高分子材料的研发、生产与质量控制过程中，机械性能测试是评估材料性能的关键环节。拉伸强度、断裂伸长率、缺口冲击强度等指标能直观反映材料的力学特性，这些数据直接影响产品设计、工艺优化和质量判定。然而，许多实验室在实际测试中常面临一个共性难题：测试结果的重复性差。同一材料、相同测试项目，多次检测数据却差异显著。这种波动不仅延误研发进度，更可能引发质量误判。究其原因，除了设备精度、环境温湿度、人员操作等显性因素，材料自身特性与试样制备过程的隐性影响往往被低估。

高分子材料具有黏弹性，其力学性能会随时间发生变化。在测试过程中，加载速率、测试时间的不同，都会对结果产生影响。比如，在拉伸测试时，若加载速率过快，高分子链段来不及响应外力变化，材料表现得更脆，拉伸强度可能偏高；而加载速率过慢，高分子链段有足够时间进行松弛和滑移，拉伸强度则可能降低。此外，材料在储存过程中，会发生后结晶、分子链的缓慢取向等物理变化，这些变化也会导致不同时间测试同一批材料，性能数据出现差异。

根据相关测试标准，对高分子材料机械性能测试的样条尺寸有严格要求。以拉伸试样为例，哑铃型试样的标距长度、平行部分的宽度和厚度等尺寸精度，直接影响应力分布和测试结果。如果在加工过程中，样条尺寸存在偏差，如标距长度不一致，在拉伸时，不同样条的受力情况就会不同，最终导致拉伸强度和断裂伸长率数据不重复。即使是微小的尺寸误差，也可能在测试中被放大，对结果产生明显影响。

（二）注塑工艺偏差

本研究主要针对注射压力、注射速度、保压压力和背压对 ABS/氧化铝粉复合材料力学性能的影响，通过实验数据揭示样条制备如何左右检测准确性。

1. 注射压力对材料力学性能的影响

由图1可知，随着注射压力的增大，抗拉强度小幅度提高；断裂伸长率由15.86%降低到13.77%；最大弯曲强度和破坏弯曲强度则先增加再减小。当注射压力增加时，塑料熔体进入模腔中的压力增大，压强升高，有助于熔体充模，使塑件的组织致密，从而提高了抗拉强度；过高的注射压力会导致残余内应力增大，使材料脆性增加，从而降低断裂伸长率；最大弯曲强度和破坏弯曲强度的变化表明，适当的注射压力有利于提高材料的抗弯强度，但注射压力过大，会增加内应力，从而降低材料的抗弯强度。

图 1 注射压力对材料力学性能的影响

由图2可知，随着注射速度增加抗拉强度先增加后减小，在未到达临界值时，注射速度增加有利于熔体在未开始冷却前快速充分填充模腔，增加塑件密度，减少收缩。当增加到一定速度值时，塑件内应力增加，当内应力占上风时，抗拉强度出现降低的趋势。随着注射速度的增加，断裂伸长率明显减小，过快的注射速度可能会通过引起材料内部缺陷而降低断裂伸长率。随着注射速度的提高，最大弯曲强度和破坏弯曲强度变化不明显。

图 2 注射速度对材料力学性能的影响

3. 保压压力对材料力学性能的影响

由图3可知，随着保压压力的提高，抗拉强度、最大弯曲强度和破坏弯曲强度均有不同程度的提高，但断裂伸长率却出现明显下降的趋势。一定范围内保压压力的增加会导致材料的密度和均匀性提高，进而提升材料的抗拉强度和弯曲强度；但对断裂伸长率而言，过高的保压压力很可能导致材料分子链取向不当，减少了材料的韧性，从而降低了断裂伸长率。

图 3 保压压力对材料力学性能的影响

图 4 背压对材料力学性能的影响

（三）其他影响因素

1. 冷却速度

在制备样品前，塑料原料可能需要进行干燥处理，尤其是对于那些吸湿性较强的塑料如聚酰胺（PA）、ABS等。水分的存在会在拉伸过程中引发应力集中，导致样品提前破坏，使测试结果失真。通常采用干燥烘箱，在设定的温度（如80－100°C对于PA，60－80°C对于ABS）与时间（4－24小时不等，依原料性质与颗粒大小而定）条件下进行干燥，直至达到恒定质量，以确保水分充分去除。