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  该设备是测定材料在规定条件下试样受冲击出现破坏时的最高温度，即为脆性温度，可以对塑料及其他弹性材料在低温条件下的使用性能作比较性鉴定。

  许多塑料件和橡胶件在常温下韧性良好，弯折、拉伸都不容易开裂，可一旦环境和温度降下来，同样的力就可能让它脆生生地断掉。北方的户外线缆护套、冷库里的密封件、低温储运中的包装薄膜、寒区使用的轨枕垫板，都可能遇到这类问题。并不是材料本身变了，而是温度改变了分子链的活动能力：温度越低，链段运动越受限制，材料吸收冲击能量、通过形变把能量耗散掉的本领就越弱，于是从韧性断裂转向脆性断裂。

  工程上关心的是这样一个温度值：低于它，材料在受冲击时易发生破坏；高于它，材料仍能保持可用的韧性。这个温度值就是低温脆性温度，也叫脆化温度。它不是一个材料固有的物理常数，而是在规定条件下测出来的一个条件性指标——试样尺寸、冷冻时间、冲击方式、判定方法一变，得到的结果就会跟着变。正因如此，低温脆性试验必须严格按照统一的办法来进行，设备也一定要能复现方法规定的每一个动作。

  橡胶塑料抗冲击脆性试验机BWD-C就是为这项工作设计的设备。它在低温介质中把试样冷冻到设定温度，再让冲击器按规定行程对试样施加一次冲击，之后取出试样按冲击方向弯折，观察有无破坏。通过反复试验，逐步逼近材料的脆性温度区间。本文结合设备的技术参数、结构原理与操作方法，对这一类试验的原理、流程与使用要点作系统说明，供科研、质检与生产控制环节的人员参考。

  理解脆性温度，先要理解它的条件性。同一批材料，用不同方法测出的脆性温度可能相差十几摄氏度，这并不是设备测错了，而是方法设定的条件不同。

  脆性温度的定义可以概括为：在规定条件下，试样受冲击出现破坏时的那个温度。围绕这个定义，有几个点需要说明。

  其一，它是出现破坏的温度，不是开始变硬的温度。材料在远高于脆性温度时就已经变硬了，但还能通过形变耗散能量，不一定会破坏；只有当温度降到某些特定的程度，形变能力不足以吸收冲击能量时，试样才在冲击下开裂或断裂。

  其二，它依据的是破坏与否这一离散判据，而不是连续曲线上的某个转折点。正因为判据是离散的，单次试验只能得到破坏或不破坏两种结果，一定要通过多次试验、逐点逼近，才能把临界温度圈定在一个较窄的区间内。

  其三，它与玻璃化转变温度有关联但不相等。玻璃化转变温度是高分子链段运动的冻结温度，属于材料本征性质；脆性温度则是特定试样在特定冲击条件下的行为表现，通常高于玻璃化转变温度，且受试样厚度、冲击速度、缺口等因素影响。

  其四，它的可用于比较。正因为方法条件被统一固定，不一样的材料、不同配方在相同条件下测出的脆性温度才有可比性。这也解释了为什么试验中每一处尺寸、每一段时间都不宜随意更动。

  塑料的低温脆化，与分子链的刚性和聚集状态有关。聚乙烯、聚丙烯这类结晶性塑料，低温下无定形区链段活动受限，结晶区又难以变形，冲击能量缺少耗散途径，容易脆裂。增塑剂的加入能降低链段运动阻力，把脆性温度拉低，所以软质聚氯乙烯的脆性温度通常明显低于硬质聚氯乙烯。此外，薄试样比厚试样在冲击下更容易变形耗能，测出的脆性温度往往偏低，这也是方法对试样厚度作出规定的原因。

  橡胶的低温脆化，则与交联网络和配方体系有关。天然橡胶、丁苯橡胶在低温下会逐渐失去弹性，表现出玻璃化特征；交联密度过高会限制链段活动，使低温脆性提前出现；增塑剂和小分子软化剂的加入则能在某些特定的程度上改善低温柔性。对橡胶来说，脆性温度与低温柔性、耐寒系数等指标共同构成低温性能评价体系。

  由于两类材料的破坏特征不同，判定破坏的尺度也需要把握。试样冲击后按冲击方向弯折，观察有无裂纹、裂口、断裂等破坏现象，判定时要借助放大镜或良好的照明，避免把表面的轻微擦痕、浅凹误判为破坏，也要避免漏掉细小的起始裂纹。

  一类是塑料低温冲击压缩试验方法，早期标准编号为 HG 2-162-1965。这类方法把试样置于低温介质中冷冻后，通过冲击器对其施加压缩式冲击，观察试样出没出现破坏，据此判断材料的低温脆性。

  另一类是塑料冲击脆化温度试验方法，现行标准为 GB5470-2008。这类方法同样在低温介质中冷冻试样，再以规定方式施加冲击，通过升降法逐点逼近，确定脆化温度。

  两类方法在冷冻介质、试样尺寸、冷冻时间、冲击动作上高度接近，差别大多数表现在试样受力方式与结果表述上。本机依据 GB1682 国家标准设计，各项技术指标符合 HG 2-162-1965 塑料低温冲击压缩试验方法和 GB5470-2008 塑料冲击脆化温度试验方法等国家标准的要求，可覆盖上述两类试验。使用前应先确认所执行的方法，再据此确定试样尺寸、冷冻时间与结果表述方式。

  这些标准规定了试样的尺寸与制备要求、冷冻介质的种类、冷冻时间、冲击方式、破坏判定方法与结果表述方式。标准会随技术发展进行修订，年号与名称也可能调整，实际试验时应以所委托检测任务指定的现行有效版本为准。若方法对冷冻时间、温度波动、试样尺寸有专门规定，应优先遵循方法条款，而不是沿用设备说明中的示例数值。

  首步是冷冻。把试样垂直夹持在升降夹持器上，浸入盛有冷冻介质的冷井中，使试样在设定温度下保持规定的时间。冷冻的目的是让试样整体达到并稳定在设定温度，而不是只让表面冷却，所以冷冻时间与介质温度波动的控制都很关键。

  第二步是冲击。达到冷冻时间后，冲击气缸带动冲击器，按规定行程对试样施加一次冲击。每次冲击只许进行一次，因为材料在一次冲击后内部已经产生损伤，重复冲击会改变结果。

  第三步是观察。取下试样，按冲击方向弯折一定角度，观察有无破坏。若出现破坏，说明该温度下材料已经变脆，应提高冷冻介质温度再试；若不出现破坏，则降低温度再试。通过这样反复逼近，确定材料的脆性温度。

  三步之间环环相扣：冷冻不充分，试样的实际温度高于设定值，测出的脆性温度会偏高；冲击动作不规范，施加给试样的能量不稳定，结果同样不可比；判定标准不统一，同一次冲击可能被不同的人判出不同结论。

  制冷系统是全机的核心，采用压缩机直接致冷，不需要外接冷却循环水。相比需要循环水的方式，这种结构在实验室里布置更简单，也少了一条水路带来的故障点。

  冷井与冷冻介质部分，承担试样浸泡冷冻的功能。冷井内注入工业乙醇或其他不冻液作为冷冻介质，注入量以保证夹持器下端到液面保持规定距离为度。

  升降夹持器部分，负责试样的装夹与升降。它由带有夹持器的气缸和气缸座组成，试样垂直夹在主轴上，随气缸升降进入或离开冷冻介质。

  冲击装置部分，由冲击器和冲击气缸组成，负责在冷冻到位后对试样施加规定能量的一次冲击。

  温度控制与计时部分，包括温控仪与数字计时器。温控仪显示并调节冷井温度，计时器用于记录冷冻时间。

  气源部分为气缸动作提供动力。气缸压力在出厂前已经调节好，使用中不应随意更动。

  六个部分各司其职，配合关系是：制冷系统把冷井降到设定温度，温控仪维持温度稳定；试样在夹持器上浸入冷井，计时器计量冷冻时间；时间一到，冲击气缸驱动冲击器完成冲击；取出试样后由人工观察判定，并按结果决定下一轮的温度设定。

  以上数值与单位均按设备资料的原始写法列出，未作改动。需要说明的是，设备指标的控温范围为室温至 -70℃，而要测到更低的脆性温度，还需结合介质本身在低温下的流动性来考虑——乙醇在 -70℃ 附近黏度已经很高，介质的流动与搅拌效果会相应下降，这也是降温速度在 -40℃ 以下明显放慢的原因。

  本测定仪器采用压缩机直接致冷，不需要冷却循环水。这一设计对实验室使用比较友好：设备到场后接通电源即可工作，不必为它单独铺设或改造水路，也避免了循环水温过高、水质变差带来的制冷效率波动。

  采用直接制冷的另一个好处是冷量响应相对直接。冷井温度接近设定值时，制冷系统的负荷会自然下降，配合温控仪的调节，冷井温度能在一些范围内保持稳定。必须要格外注意的是，直接制冷对散热环境有一定要求，设备四周应留出通风空间，避免压缩机长时间在高负荷下工作。

  降温速度是这类设备的一项实用指标。资料给出的三档数据是：室温降至 -30℃ 约 1.0℃/min，-30℃ 至 -40℃ 约 1.0℃/min，-40℃ 至 -70℃ 约 0.5℃/min。能够正常的看到，进入深低温区间后降温明显变慢。这不仅与压缩机制冷量有关，也与冷冻介质在低温下比热、黏度和传热特性变化有关。使用时应为降温预留足够时间，不要在冷井尚未稳定到设定温度时就开始试验。

  冷井是盛放冷冻介质的容器，试样在其中完成冷冻。冷井的有效工作空间为 260×170×150mm（长×宽×高），能容纳夹持器升降机构与冷冻介质。

  冷冻介质一般都会采用工业乙醇，也能选用其他不冻液。介质的作用有两个：一是传热，让试样的温度尽快与冷井温度一致；二是提供均匀的温度场，使试样各部位温度接近，避免局部偏温影响判定。

  介质的注入量有明确要求：应保证夹持器的下端到液面的距离为 75±10mm。注入量不足，夹持器下端在气相中，试样冷冻会不均匀；注入量过多，可能溢出或影响升降机构动作。使用中还应定期更换介质，因为乙醇具有挥发性，经常使用后含水量上升，低温下也许会出现结冰或黏度增大，传热效果下降。

  仲裁试验时，冷冻介质应与所执行方法规定的介质保持一致。这一点容易被忽视：不同介质的低温传热特性不同，更换介质后同一材料的测值会出现偏移，更换介质后应重新确认试验条件。

  升降夹持器由带有夹持器的气缸和气缸座组成，负责把试样送入冷井冷冻，并在冷冻到位后配合完成冲击动作。

  装夹试样时，将试样垂直夹在夹持器上。夹持的松紧需要把握：夹得过紧会使试样在夹持处产生预变形甚至应力集中，冲击时可能在夹口位置先行破坏，得到的结果反映的是装夹带来的应力而不是材料本身的脆性；夹得过松则试样在冷冻或冲击过程中可能脱落、偏转，使受力方向偏离规定方向。方法是垂直夹持、松紧适度，以试样既不产生明显变形也不松动为原则。

  夹具的尺寸关系也有规定：从试样受冲击部位到夹持器下端的距离为 11.0±0.5mm。这个距离决定了试样露出冷冻介质与承受冲击的长度，偏离后冲击点位置改变，测值随之变化。装配或更换夹具后，应核对此距离。

  冲击装置由冲击器和冲击气缸组成。冲击器头部形状和尺寸按设备规定的形式制作，其重量为 200±20g，工作行程为 40±1mm。冲击气缸在复位状态下，冲击器端部到试样的距离为 25±1mm。

  这几个数值共同决定了冲击时施加给试样的能量。重量决定冲击器的动能上限，行程决定加速距离，端部到试样的初始距离决定冲击动作的起始点。任何一项变化，都会改变试样在冲击瞬间承受的载荷与加载速率，进而影响破坏判定。

  试验中每个试样只准冲击一次。这一要求出自材料力学行为的考虑：一次冲击后，试样内部可能已产生肉眼不可见的微裂纹，再次冲击的破坏温度会低于真实值，结果失去意义。

  冲击的动作由气缸驱动，气源压力在出厂前已经调节好。使用中不应自行调压，因为压力变化会直接影响冲击器运动速度与冲击能量，进而改变试验条件。

  温度控制由温控仪完成，计时由数字计时器完成，两者与制冷、冲击动作共同构成试验的时序。

  温控仪的调节步骤是：按 set 键进入设置状态，用＜键移动到要设置的位置，用∧键调整温度，再按 set 键确定。设置过程比较直观，但必须要格外注意在冷井温度尚未稳定前不要频繁调整设定值，以免压缩机的负荷经常性更换，反而延长了稳定时间。

  恒温精度为 ±0.3℃。这个精度指标反映的是冷井温度的稳定能力，而试样冷冻期间冷冻介质的温度波动要求不超过±1℃，两者一个描述设备能力、一个描述试验过程要求，不宜相互替代。

  数字计时器的量程为 0 秒至 99 分钟，分辨率 1 秒。冷冻时间按试样数量分档：单试样冷冻时间为 3.0±0.5min，多试样冷冻时间为 5.0±0.5min。多试样冷冻时间比较久，是因为试样数量增加后，冷井内的热负荷变大，需要更长时间才能让各试样温度趋于一致。

  其一是准备工作。设备对气源有要求，若使用外接气源，需准备 2.5P 以上小型空压机一台；若试验场所已有气源，则可直接用。设备上的气压在出厂前已调节好，不应自行调整。同时准备好 AC220V 电源插座与足量乙醇（无水酒精，一般 7 至 8 瓶，以冷井内液面达到离井口 3 至 5cm 为宜）。

  其二是注入冷冻介质。往冷井内倒入乙醇或其他不冻液，注入量应保证夹持器的下端到液面的距离为 75±10mm。

  其三是接通气源。连接气源时确认管路连接可靠，机器本身压力已调节好，不应调动。

  其四是接通电源并降温。接通电源后温控仪与计时器显示灯亮，启动制冷，等待冷井温度降到设定值并保持稳定。

  其六是设定试验温度。按 set 键进入设置状态，移动到目标位并调整温度，再按 set 键确定。

  其七是启动试验。达到试验温度后按下启动按钮，试验机自动工作：夹持器下降，试样浸入冷井冷冻，同时启动时序控制开关或开始计时。

  其八是控制冷冻时间。单试样冷冻时间规定为 3.0±0.5min，多试样冷冻时间规定为 5.0±0.5min；冷冻期间冷冻介质温度波动不允许超出±1℃。

  其九是完成冲击。冷冻时间到达后，冲击装置按规定动作对试样施加一次冲击，每个试样只准冲击一次。

  其十是取出观察与判读。取下试样，按冲击方向弯曲成 180°，仔仔细细地观察有无破坏，并依据结果决定下一步的温度设定。

  一是冷冻是否充分。冷冻时间不足，试样内部温度高于冷井设定温度，测出的脆性温度偏高；冷冻时间过长，对多数材料影响不大，但会拖慢试验节奏。

  二是冷井温度是否稳定。冷冻期间介质温度波动超过规定范围，试样的实际温度随之变化，判定结果的可靠性下降。温控仪精度、介质注入量、设备周围通风条件都会影响温度稳定。

  三是介质种类与状态。乙醇与不冻液的低温传热特性不同，乙醇经常使用后含水率上升也会改变传热效果，更换介质后要重新确认条件。

  四是装夹的松紧。夹得过紧带来预应力和应力集中，夹得过松造成试样偏转，两种偏差都会改变破坏判据的实际含义。

  五是冲击器参数是不是保持在规定范围。冲击器重量、行程、复位状态下端部到试样的距离，任何一项偏离都会改变冲击能量。

  六是气源压力的稳定性。气缸压力改变会直接改变冲击速度，使用中不应自行调压，出现压力异常应先排查供气。

  七是试样的制备质量。试样表面应光滑，无外来杂质及损伤，成品应经打磨后裁制成相应尺寸。毛边、缺口、内部气泡都会成为应力集中点，使试样提前破坏。

  八是操作者的判定尺度。破坏判定带有一定主观性，判据把握宽严不同，结果可能相差一个温度档。规范的做法是同一个人完成一组试验，必要时借助放大镜与良好照明，并对同一现象重复核对。

  脆性试验的结果不是一个点，而是一个区间。资料给出的判读方法是：通过反复试验，确定至少有两个试样不出现破坏的温度下限，以及至少有一个试样出现破坏的温度上限；当这两个结果相差不超过 1℃ 时，即可结束试验。

  这样得到的是一段很窄的温度区间，通常把出现破坏的温度作为该材料的脆性温度结果。之所以要求多个试样不破坏、至少一个试样破坏，是为了尽最大可能避免偶然因素干扰：单个试样不破坏可能是试样本身存在缺陷或装夹偏松，多个试样在同一温度下都不破坏，才说明该温度下材料确实还能承受冲击。

  试验过程中还有两条操作要求：试样经冲击后如出现破坏，应提高冷冻介质的温度；如不出现破坏，则降低其温度，继续试验。也就是说，温度是围绕判据来回调整的，一次试验只需要定一个点，多个点连起来才构成完整结论。

  记录时建议注明所执行的标准、冷冻介质种类、冷冻时间、试样尺寸与数量、每个试样在各温度下的结果，以及使用的设备型号。同一材料在不同条件下测出的脆性温度差异较大，只有把条件记录清楚，结果才具备复现与比较的基础。

  制冷系统方面，定期清理压缩机及冷凝器周围的积尘，保证通风散热；设备四周留出足够空间，避免热气回流。长时间不用时，应保持设备放置环境干燥，避免电路部分受潮。

  冷井与介质方面，按时进行检查介质液面高度，及时补充或更换；更换介质时先排空旧液并清洁冷井，避免残留水分与杂质影响低温性能。介质长期存放应密封，减少挥发与吸湿。

  升降夹持器方面，按时进行检查夹持器动作是否顺畅，夹具是否松动或磨损；核对试样受冲击部位到夹持器下端的距离是否仍在 11.0±0.5mm。发现卡滞应立即处理，不要强行运行。

  冲击装置方面，检查冲击器头部是否有磕碰变形，重量与行程是否保持在规定范围；检查气缸动作是否平稳，管路连接可不可靠。气源压力不应自行调整，出现异常应联系设备方。

  温度控制与计时方面，定期核对温控仪显示与实际冷井温度是否一致，必要时用标准温度计比对；检查计时器分辨率与动作是否正常。

  电气与安全方面，检查电源线、插座是否完好，接地可不可靠；设备工作环境和温度应不高于 25℃，避免在高温高湿环境下长时间运行。

  长期停用后重新启用，应先空载降温一次，确认制冷系统、温控、计时、气动各环节动作正常，再装试样试验。

  塑料材料常规检验：对聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS 等塑料的低温脆性了解，用于判断其在寒冷环境下的适用性。

  橡胶与弹性体低温性能评价：对天然橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶及各类硫化胶，比较不同配方、不同交联密度下的低温脆性与低温性能差异。

  电线电缆护套与在允许电压下不导电的材料：护套在低温下开裂是常见失效形式，脆性温度是护套材料选型的重要参考。

  防水卷材与土工材料：这类材料常在户外低温度的环境施工与使用，低温脆性必然的联系到施工季节与使用寿命。

  包装薄膜与片材：评估低温储运条件下薄膜的抗脆裂能力，为冷链包装提供依据。

  胶粘剂与密封胶：低温度的环境下的密封失效常与胶层变脆有关，脆性温度可用于筛选配方。

  科研与配方开发：在材料研发中，通过脆性温度的变化判断增塑剂、填料、共混体系对低温柔性的影响。

  质检与来料检验：作为一项常规低温性能指标，用于批次一致性与来料合格判定。

  不同行业对脆性温度的关注点不同，但共同之处是：结果必须与所执行的方法、所使用的条件一并记录，才能在同一条线上比较。

  冷冻介质为乙醇类易燃液体，使用中应远离明火、避免高温热源，现场保持通风，禁止在设备附近吸烟或进行可能会产生火花的作业。介质应密闭存放，取用后及时归位。

  低温介质会造成冻伤。取放试样、检查冷井时应佩戴防低温手套并借助镊子或夹具，避免皮肤非间接接触低温液体与金属部件。

  气源与气缸属于带压部件。管路连接应牢固，运行中不要擅自拆卸；气缸压力在出厂前已调节好，不能任意变动，出现压力异常应先切断气源再检查。

  电气安全方面，设备应接可靠地线kW，插座与线路容量应满足规定的要求。设备正常运行时别打开制冷系统与电气箱体。

  一是温度控制更精细。更稳定的温控与更小的温度波动，能让逼近临界温度的过程更快收敛，减少试验轮次。

  二是自动化程度提升。从冷冻计时、冲击动作到数据记录的自动化，能减少人工介入带来的判定差异，提高结果一致性。

  三是数据管理更完整。把温度、时间、试样信息与判定结果一并记录并导出，便于形成可追溯的试验记录，适应质量管理体系的要求。

  四是一机多能。在同一台设备上兼容塑料冲击压缩法与冲击脆化温度法两种方法，减少实验室的设备种类与占地。

  五是安全与环保。冷冻介质的回收、挥发控制与低温防护设计，正在成为设备设计的常规考虑。

  这些方向并不改变试验的基本逻辑——统一条件、逐点逼近、观察判定——只是让条件的稳定性与结果的可追溯性变得更好。

  橡胶塑料抗冲击脆性试验机BWD-C是一台以冷冻、冲击、观察三个动作为基础的低温性能测试设备，用于测定塑料与橡胶材料在规定条件下的脆性温度。它的价值不在于动作复杂，而在于把方法规定的每一个条件都固定下来：控温到 ±0.3℃，冷冻时间按单试样 3.0±0.5min 与多试样 5.0±0.5min 控制，冲击器重量 200±20g、行程 40±1mm，夹持器下端到液面 75±10mm，试样受冲击部位到夹持器下端 11.0±0.5mm。这些数字看起来琐碎，却是结果可比的前提。

  使用这类设备，关键在三点：一是把准备工作做足，气源、电源、冷冻介质三样齐备；二是把条件守住，冷冻到位、温度稳定、冲击一次、装夹适中；三是把结果记录完整，注明方法与条件。做到这三点，脆性温度这个指标就能真正反映出材料的低温使用边界。