一、產品概述

低溫脆性溫度測定儀 BWD?C，是用于橡膠、塑料以及各類高分子彈性材料低溫抗沖擊性能檢測的試驗設備，儀器參照 GB1682、HG 2?162?1965 塑料低溫沖擊壓縮試驗方法、GB5470?2008 塑料 沖擊脆化溫度試驗方法等國內相關標準進行設計開發，用于測定材料的脆化溫度指標。脆化溫度定義為規定試驗條件下，試樣遭受沖擊作用后發生破壞的溫度，該指標可以用來對比不同配方、不同品類高分子材料的低溫耐受表現，廣泛應用于新材料研發、企業來料檢驗、成品質量管控、院校科研、第三方檢測機構以及電工電子、汽車、軍工等相關領域的材料性能驗證工作。

高分子材料在溫度下降的過程中，分子鏈段運動能力逐步被抑制，材料會從高彈性狀態逐步向脆性狀態發生轉變，在受到外力沖擊的時候，容易出現開裂、破碎等損傷現象。很多橡膠密封件、塑料構件、電纜護套等產品會在低溫環境完成貯存與實際使用，通過低溫脆性溫度測定儀開展標準化試驗，可以模擬這類低溫工況條件，獲取材料發生沖擊破壞的臨界溫度，為材料配方改良、產品選型、工藝優化提供實測試驗依據。

整套設備由制冷壓縮機主機、加熱補償單元、電子電氣控制箱體、冷卻介質槽、介質攪拌循環系統、試樣夾持機構、沖擊執行機構以及報警提示模塊共同組成。設備采用液體介質制冷恒溫方案，使用乙醇或者其他適配防凍不凍液作為導熱介質。制冷壓縮機作為冷源輸出冷量，接近設定溫度時，加熱補償單元按比例輸出熱量，以此平衡制冷產生的冷量，實現恒溫控制。配套 8W 攪拌電機帶動冷卻介質持續循環攪動，消除槽體內局部溫差，保障浸泡區域介質溫度均勻穩定，降低溫度梯度帶來的試驗偏差。

設備配置數字溫控儀表以及數字計時單元，溫度、時間參數可視化顯示，方便操作人員讀取記錄。試樣夾持機構支持兩種裝夾模式，橡膠類試樣可采用單試樣夾持工位，塑料類試樣可以一次性裝夾 5?15 件試樣同時低溫浸泡，適配不同材質試樣的檢測需求。沖擊機構包含沖擊錘、自鎖機構，沖擊彈簧的尺寸、負荷參數嚴格遵循標準要求，保證沖擊距離、沖擊能量滿足標準試驗條件。設備集成自動報警裝置，設備運行出現異常工況時給出提示，便于操作人員及時發現設備運行異常。

整套試驗的完整邏輯為，冷卻槽加注低溫導熱介質，設備將介質調節至目標試驗溫度，試樣被夾持固定并浸入低溫介質內部，完成標準規定時長的低溫保溫。保溫結束后夾持機構抬升試樣，沖擊錘在半秒鐘之內完成沖擊動作。操作人員取出試樣，沿著沖擊受力位置將試樣彎折 180°，仔細觀察試樣是否出現裂紋、裂口、破碎等破壞現象。通過梯度溫度反復開展試驗，不斷縮小溫度步長，直至相鄰兩組試驗溫度差值滿足標準要求，以此確定該批次材料的脆化溫度。需要注意，儀器測得的脆化溫度是本套規定試驗條件下得到的對比數據，不能直接等同于產品實際使用允許的極限溫度，實際工況還需要結合多項試驗綜合評估ISO。

二、性能參數

1. 控溫范圍：室溫?70℃(室溫≤25℃) 2. 恒溫精度:±0.3℃ 3. 降溫速度：0℃~?30℃ 約 2.5℃/min ?30℃~?40℃ 約 2.5℃/min ?40℃~?70℃ 約 2.0℃/min 4. 最大外形尺寸：900×500×800mm (長 × 寬 × 高) 5. 工作室有效工作空間：280×170×120mm (長 × 寬 × 高) 6. 可裝試樣數量：1 7. 數字計時器：0 秒?99 分鐘，分辨率 1 秒 8. 冷卻介質：乙醇或其他不凍液 9. 攪拌電機：8W 10. 工作電源：220V??240V,50Hz,1.5kW 11. 工作環境溫度:≤25℃ 12. 沖擊裝置的彈簧在壓縮狀態下，沖擊器端部到試樣的距離為 (25±1) mm。 13. 沖擊彈簧應符合如下技術要求: a) 自由狀態：直徑為 19 mm, 長度為 85 mm?90 mm; b) 壓縮狀態：長度為 (40±1) mm, 負荷為 108 N?118 N。

三、整機結構與工作原理

BWD?C 低溫脆性溫度測定儀整機分為制冷壓縮機主機、加熱補償裝置、電子控制箱、冷卻槽、冷卻介質循環攪拌系統、試樣夾持器、沖擊裝置、自動報警裝置八大模塊，各模塊協同完成控溫、試樣低溫浸泡、沖擊測試整套試驗流程。

制冷壓縮機主機是整套設備的冷源核心，開啟制冷開關后，壓縮機啟動，持續對冷卻槽內部介質進行降溫。當介質溫度逐步接近操作人員設定的目標試驗溫度，加熱補償裝置開始按比例輸出熱量，平衡制冷系統輸出的冷量，以此實現穩定恒溫效果，把介質溫度波動控制在較小區間，實現 ±0.3℃的恒溫精度指標。該種制冷疊加補償加熱的控溫模式，可以避免單純制冷帶來的溫度過沖問題，保障低溫試驗環境穩定。

冷卻槽內部盛放乙醇或者其他類型不凍冷卻介質，8W 攪拌電機驅動內部攪拌組件持續運轉，推動冷卻介質不斷循環流動，消除槽體內不同位置的溫度梯度，保障試樣浸泡區域介質溫度趨于一致，規避局部溫度差異帶來試驗誤差。冷卻槽對應的工作室有效工作空間 280×170×120mm，為介質、試樣夾持器、試樣提供放置空間。

電子控制箱集成溫度控制儀表、數字計時器、各類操作按鍵。操作人員在控制箱完成溫度設定、計時啟停操作，溫控儀表實時顯示冷卻介質實際溫度；數字計時器計時區間覆蓋 0 秒?99 分鐘，計時分辨率 1 秒，用于精準管控試樣低溫冷凍保溫時長。設備配套自動報警裝置，設備運行出現異常狀態時進行提示，提醒操作人員介入處置。

試樣夾持器具備兩種裝夾工況，橡膠類試樣采用單試樣夾持模式，夾持位置固定 1 個試樣；塑料類試樣可以一次裝夾 5?15 個試樣，多試樣同時浸入低溫介質完成冷凍保溫，提升塑料試樣批量試驗的作業效率。夾持器帶有升降功能，試驗過程可以把試樣浸入冷卻介質內部完成冷凍，保溫計時結束之后向上提起，將試樣抬升到沖擊作業位置。夾持器的夾持松緊度需要合理把控，夾持過緊會造成試樣發生擠壓變形，夾持過松則會出現試樣脫落，兩種情況都會直接造成試驗失效。

沖擊裝置由沖擊錘、自鎖機構以及配套沖擊彈簧構成。沖擊彈簧物理參數嚴格遵循標準規定，自由狀態彈簧直徑 19mm，長度 85mm?90mm；彈簧壓縮狀態長度控制在 40±1mm，負荷處于 108N?118N 區間。彈簧壓縮狀態條件下，沖擊器端部距離試樣的距離為 25±1mm。自鎖機構可以保持彈簧處于儲能壓縮狀態，當夾持器抬升試樣到位之后，機構釋放，沖擊錘在半秒鐘之內完成對試樣的沖擊動作，輸出符合標準要求的沖擊能量。

設備整機外形最大尺寸 900×500×800mm，工作電源適配 220?240V，50Hz，整機功率 1.5kW，設備使用的環境工作溫度需要控制在 25℃及以下。環境溫度過高會增加機組制冷負荷，會對設備的降溫速率、低溫可達區間帶來影響。

設備整體試驗原理，依靠低溫冷卻介質傳導冷量，讓試樣整體達到設定低溫溫度，之后施加規定能量瞬時沖擊載荷，觀察試樣是否發生開裂、破碎。通過梯度溫度反復測試，逐步縮小溫度步長，直到相鄰兩組測試，一組試樣發生破壞、一組試樣不發生破壞，并且兩組溫度差值不大于 1℃，以此確定材料脆化溫度。脆化溫度多用于不同材料之間做橫向性能對比，不可直接等同于產品實際使用允許極限溫度。

四、試樣制備與前期預處理

試樣加工制備、狀態調節，會對低溫脆性溫度測定試驗結果產生明顯影響。試樣尺寸、厚度、表面缺陷、存放狀態都會改變低溫沖擊之后的破壞行為，想要獲得重復性較好的試驗數據，需要嚴格按照對應標準完成試樣處理工作。

不同材質對應的試樣規格存在區分，橡膠材料試樣、塑料材料試樣，需要按照 GB5470?2008 以及對應產品標準要求裁切加工。試樣表面不能存在劃痕、缺口、氣泡、毛刺，試樣邊緣切割位置保持平整，加工過程不可以對試樣造成擠壓、受熱損傷。加工帶來的微小缺陷，會讓試樣更容易在沖擊時發生開裂，造成測得脆化溫度偏高。

試樣需要按照標準開展狀態調節，放置在規定溫濕度環境完成足夠時長放置，消除試樣前期存放環境帶來的影響。橡膠類試樣要規避光照、高溫提前老化；部分塑料材料，加工之后內部會存有內應力，需要按照標準做退火預處理，釋放試樣內部應力，避免殘余應力干擾低溫沖擊試驗結果。同一組對比試驗，全部試樣的制備工藝、預處理條件需要保持統一，保障試驗結果之間具備可比性。

試驗前需要對試樣外觀做篩查，剔除已經存在裂紋、破損的試樣。每一個試樣只允許承受一次沖擊，沖擊完成后的試樣不可重復投入測試。開展梯度溫度試驗，需要準備數量充足的備用試樣，梯度測試過程會消耗較多試樣，試樣儲備不足會中斷整套試驗流程。

五、儀器完整操作流程

5.1 試驗開機前期準備

將儀器放置于通風良好的實驗室區域，設備周邊預留散熱空間，設備使用環境溫度控制在 25℃及以下。環境溫度過高會加重壓縮機工作負荷，影響設備降溫性能。確認 220?240V，50Hz 供電接線連接牢固，檢查電源線無破損。確認設備各部件完好，沖擊彈簧、沖擊錘、自鎖機構動作正常，夾持器升降運動無卡頓。

向冷卻槽冷井內部注入冷卻介質，介質選用工業乙醇或者其他適配防凍不凍液。介質加注量需要滿足夾持器下端到液面距離 75±10mm。介質液位不能過低，液位不足，試樣浸入之后無法完全浸泡在低溫介質中，試樣達不到目標試驗溫度；介質加注量也不宜過高，防止夾持器、試樣放入之后介質溢出槽體。加注完成之后，查看介質內部是否存在雜質，長期重復使用的介質出現進水、雜質變多，需要及時更換。

接通設備電源，電源接通之后，溫控儀表、數字計時器的顯示燈點亮，設備進入待機狀態。根據待測材料預估脆化溫度，在溫控儀表上設置本次第一輪試驗需要達到的目標溫度。開啟制冷開關，壓縮機啟動開始降溫，攪拌電機同步運行，冷卻介質持續循環攪拌。等待冷卻介質溫度逐步下降，向設定溫度靠近，當溫度達到設定值之后，依靠加熱補償維持恒溫，溫度穩定之后還需要預留一段時間，保證槽內介質溫度充分均勻。

5.2 試樣裝夾與低溫冷凍保溫

根據試樣類型選擇夾持模式，如果是橡膠試樣，使用單試樣夾持位置裝夾；塑料試樣可選擇多試樣夾持工位，一次裝夾 5?15 個試樣。把試樣垂直安置在夾持器上，把控夾持力度，不能夾持過緊造成試樣擠壓變形，也不能夾持過松，防止冷凍、沖擊過程試樣發生脫落。

試樣裝夾完畢，按下夾持器，將試樣完全浸入冷卻介質液面以下，試樣開始冷凍，同時啟動時序控制開關，數字計時器開始計時。標準規定試樣冷凍保溫時間為 3.0±0.5min。在試樣冷凍保溫的整段周期內，冷卻介質的溫度波動不可以超過 ±1℃，溫控儀表需要持續觀察，如果出現溫度波動超出范圍，需要等待溫度恢復穩定之后，再繼續計時。

5.3 沖擊執行與試樣檢查

3.0±0.5min 冷凍保溫計時結束，提起升降夾持器，將試樣抬升到沖擊工位，沖擊裝置需要在半秒鐘之內完成對試樣的沖擊動作。沖擊完成之后，把試樣從夾持器上取下，按照沖擊受力位置，將試樣彎折 180°，仔細觀察試樣表面，查看試樣是否出現裂紋、裂口、破碎等破壞現象。只要試樣出現肉眼可以觀察到的開裂、破碎，即判定該試樣發生破壞；僅有輕微折痕，沒有裂紋產生，則判定試樣未發生破壞。

每一塊試樣只能夠接受一次沖擊，沖擊過后的試樣直接作廢，不可以二次再次使用。根據本次溫度下試樣的破壞情況，確定下一輪試驗的設定溫度：本次試驗試樣出現破壞，則需要提高冷凍介質的溫度開展下一組測試；試樣沒有發生破壞，則降低冷凍介質溫度繼續開展測試。

5.4 梯度迭代試驗與試驗結束判定

按照上面的邏輯不斷調整設定溫度，更換全新試樣重復冷凍?沖擊?判定整套流程。不斷縮小溫度變化步長，直到出現兩組相鄰的測試，一組溫度條件試樣發生破壞，另一組溫度條件試樣不發生破壞，并且兩組溫度差值不大于 1℃，整套脆化溫度試驗即可結束，記錄對應的脆化溫度結果。

整套批次試驗全部完成之后，先關閉制冷壓縮機開關，停止制冷工作。等待冷卻槽內部介質溫度逐步回升至接近室溫，再關閉攪拌電機、設備總電源。等待介質溫度回升，避免低溫介質長時間留存加速槽體腐蝕老化。將夾持器擦拭干凈，清理設備周邊灑落的冷卻介質。乙醇介質屬于易燃液體，實驗室杜絕明火，做好實驗室通風。

六、不同材料試驗實操要點

6.1 橡膠類材料測試

橡膠試樣大多采用單試樣夾持模式，橡膠材料包含天然橡膠、各類合成橡膠，不同配方硫化橡膠的脆化溫度差異較大。部分軟質橡膠低溫下僅會變硬，不一定出現脆性開裂，彎折 180° 之后仔細查看彎折位置是否產生微裂紋，部分裂紋比較細微，需要在充足光照條件下觀察。部分橡膠試樣沖擊后裂紋不會立刻顯現，彎折之后需要短暫觀察再做判定。橡膠試樣冷凍保溫時間嚴格控制 3.0±0.5min，保溫時間過長或者過短，試樣本體溫度沒有達到介質溫度，都會帶來測試偏差。

6.2 塑料類材料測試

塑料試樣可以使用多試樣夾持，一次性裝夾多件試樣同時冷凍，提升試驗效率。部分硬質塑料，低溫沖擊之后直接碎裂；部分半韌性塑料，沖擊之后出現細小裂紋。試驗判定標準參照 GB5470?2008，區分破壞與不破壞的判定邊界。部分塑料材料會存在內應力，試樣加工之后需要按照標準做退火處理，消除內應力之后再開展低溫脆化測試，否則殘余內應力會讓試樣更容易開裂，測試得到的脆化溫度結果偏離材料真實性能。

6.3 改性高分子復合材料測試

填充改性、共混改性高分子材料，內部含有填料、纖維，試樣切割加工的時候容易在切口位置產生微小缺陷，試樣篩選環節要仔細檢查切口。復合材料破壞形式比較復雜，除了整體碎裂之外，還會出現局部表層開裂，按照標準將表層開裂歸類為試樣破壞。梯度溫度步長可以根據材料預估性能合理選取，初期步長可以設置偏大，接近臨界脆化溫度之后縮小步長。

七、儀器使用注意事項

冷卻介質常用工業乙醇，乙醇屬于易燃揮發性液體，使用該介質時，實驗室必須保持通風，設備周邊嚴禁明火，杜絕高溫熱源，避免揮發蒸汽帶來安全風險。操作過程防止乙醇介質濺灑，濺灑出來的介質及時擦拭處理。介質使用周期變長之后會混入水分，會改變介質冰點，影響低溫降溫能力，介質出現渾濁、含水量升高時，應當及時更換冷卻介質。

設備工作的環境溫度應當≤25℃，環境溫度過高，制冷壓縮機負荷加大，降溫速率會變慢，很難穩定達到?70℃低溫。設備擺放位置保證通風，壓縮機散熱位置不可以被遮擋，否則會造成機組過熱保護停機。

試樣冷凍保溫時間嚴格執行 3.0±0.5min，不能隨意延長或者縮短保溫時長。保溫時間不足，試樣內部溫度還沒有和冷卻介質達成熱平衡；保溫時間過長，部分高分子材料會發生低溫時效變化，兩種情況都會改變沖擊破壞結果。冷凍過程介質溫度波動不能超過 ±1℃，溫度出現大幅波動，要等待溫度回歸穩定，再繼續計時。

沖擊彈簧、沖擊錘、自鎖機構是直接決定沖擊能量的核心部件，禁止隨意改動彈簧。彈簧長期反復壓縮會出現性能變化，定期核查彈簧自由長度、壓縮后長度以及負荷參數。沖擊器端部到試樣距離維持 25±1mm，距離發生偏移，沖擊效果改變，試驗結果不具備參考價值。沖擊動作需要在試樣抬升之后半秒鐘之內完成，機構動作卡頓要停機排查維護。

試樣夾持松緊度需要控制，夾持過緊擠壓試樣造成內部損傷，夾持過松試樣沖擊時發生移位、脫落，造成試驗無效。每一個試樣只允許沖擊一次，沖擊后的試樣禁止重復測試。

設備的溫控儀表、計時器屬于計量相關器件，按照計量周期開展校驗核查，保障溫度、時間顯示準確。降溫過程關注降溫速率指標，0℃~?30℃約 2.5℃/min，?30℃~?40℃約 2.5℃/min，?40℃~?70℃約 2.0℃/min，如果降溫速度出現明顯異常，檢查設備散熱、介質狀態。

設備開啟制冷之后，冷卻槽槽體、夾持器、試樣取出之后溫度很低，操作過程避免手部直接接觸低溫金屬部件，防止出現凍傷。

設備配置 220?240V，1.5kW 電源，供電線路容量匹配設備功率。設備運行出現報警提示，先停止試驗，排查故障誘因，故障排除之后再繼續開展測試，不要忽略報警繼續試驗。

八、設備維護保養指導

8.1 日常使用維護

每次試驗結束，等待冷卻介質回升至接近室溫，將夾持器取出，使用無塵軟布擦拭夾持器上面殘留的介質，清理夾持縫隙殘留的試樣碎屑。冷卻槽內壁定期擦拭，減少介質析出物、雜質堆積。如果使用乙醇作為介質，試驗結束之后不建議長期存放在冷卻槽內部，長期存放乙醇吸水，冰點上升，同時會對槽體產生腐蝕，長時間停機可以將介質導出存放至專用密封容器。

檢查沖擊機構，沖擊錘、自鎖機構、彈簧表面保持清潔，沒有介質、碎屑附著。每次試驗前后觀察彈簧外觀，查看彈簧是否出現銹蝕、形變。攪拌電機定期檢查運行狀態，攪拌運轉不可以出現異響，攪拌組件出現松動及時緊固。設備外殼使用軟布擦拭，不要用水直接噴淋控制箱，避免液體進入電控箱體，造成電路故障。

8.2 冷卻介質管理

乙醇等不凍冷卻介質，屬于耗材，需要定期檢查介質狀態。介質出現吸水、渾濁、混入試樣碎屑雜質，需要及時更換。介質存放需要密封，遠離火源熱源。更換介質的時候，斷電操作，導出舊介質，清理冷卻槽之后，再加注新的冷卻介質。

8.3 關鍵部件定期檢查校驗

沖擊彈簧是核心功能部件，彈簧經過大量次壓縮之后會出現疲勞，定期檢測彈簧自由長度、壓縮狀態下長度以及負荷，一旦參數偏離標準區間，及時更換彈簧。沖擊器端部到試樣距離定期測量，保證維持 25±1mm。溫控儀表按照計量周期開展溫度校驗，確認恒溫精度維持 ±0.3℃；數字計時器核查計時準確度。

壓縮機屬于制冷核心部件，設備長期不使用，間隔一定周期通電開機短時間運行，降低壓縮機內部部件銹蝕卡滯風險。設備制冷降溫速度如果明顯變慢，首先確認環境溫度、散熱條件、冷卻介質狀態，排除外部因素之后依舊異常，需要聯系技術人員檢修。

8.4 停機存放

儀器長期停止使用，需要把冷卻槽內部介質全部導出，擦拭干燥槽體內部。夾持器清理干凈，放置干燥位置。設備斷電，做好防塵遮蓋，放置在干燥通風的室內環境。再次啟用設備之前，先做空載降溫測試，檢查控溫、攪拌、沖擊機構動作，確認整機工況正常之后，再投入試樣正式試驗。

8.5 基礎故障排查

試驗數據離散性偏大，優先排查：試樣制備與預處理條件；試樣夾持松緊；試樣冷凍保溫時長；冷卻介質溫度是否穩定；沖擊彈簧參數、沖擊距離是否符合指標；冷卻介質是否吸水變質。

溫度無法降到目標低溫，檢查設備環境溫度是否過高、壓縮機散熱是否被遮擋、冷卻介質是否含水量過高。

沖擊機構無法釋放或者釋放動作遲緩，清理自鎖機構碎屑雜質，檢查彈簧有無變形。

溫控儀表溫度讀數異常，核查溫度傳感器安裝狀態，開展儀表校驗。遇到不能定位的硬件故障，不要自行拆解制冷機組以及電控內部器件，聯系技術支持開展檢修。

九、行業應用與試驗價值

BWD?C 低溫脆性溫度測定儀用于評價橡膠、塑料、彈性高分子材料低溫抗沖擊性能，應用覆蓋多個工業領域。在汽車行業，橡膠密封件、塑料內飾件、管線材料，需要面對冬季低溫工況，脆化溫度測試用來評估材料低溫耐受能力，支撐材料選型、配方開發。電工電子行業，絕緣橡膠、塑料構件，考核低溫貯存、低溫使用條件下材料會不會發生脆裂失效。軍工配套材料、軌道交通材料，很多構件會暴露在低溫環境，脆化溫度是材料基礎低溫性能指標。同時設備也適用于科研院校新材料研發，企業生產來料檢驗，成品質量管控。

按照 GB5470?2008、GB1682 等標準開展試驗，得到的脆化溫度結果，可以用于不同配方材料之間做性能橫向對比。需要注意，脆化溫度是在本儀器規定沖擊條件下得到的試驗數值，不能直接等同于產品實際使用允許極限溫度，實際產品的受力狀態、試樣形態和標準試樣存在差異，實際使用工況還需要結合更多試驗綜合評估。

設備采用制冷加補償加熱的控溫方案，搭配攪拌循環系統，保障低溫介質溫度均勻；支持單試樣、多試樣兩種夾持模式，兼顧橡膠和塑料不同材料測試需求，配套數字溫度、數字計時顯示，降低人工讀數誤差，適配實驗室標準化檢測作業。