折痕測試：評估材料耐反復彎曲性能的關鍵方法

引言
在包裝、印刷、紡織、電子及材料科學等諸多領域，材料的柔韌性和抵抗反復彎曲疲勞的能力至關重要。這種能力直接關系到產品的耐久性、使用壽命和功能完整性。折痕測試作為一項基礎而重要的力學性能測試方法，正是專門用于量化評價材料（特別是片狀或薄膜狀材料）在特定條件下，承受反復折疊或彎曲直至失效的能力。它為材料選擇、工藝優化和質量控制提供了客觀的數據支撐。

核心原理與目的

折痕測試的本質是模擬材料在實際使用、加工（如印刷、模切）或運輸過程中可能經歷的反復彎曲應力。其核心原理在于：通過專用的測試儀器，將條形試樣在特定的角度（通常為135°或180°）、特定的速度下進行反復折疊（折彎）。測試持續進行，直至試樣發生斷裂或達到預定的折疊次數。

測試的主要目的包括：

• 量化耐折性： 測量材料在失效前所能承受的最大折疊次數（即耐折度）。
• 比較材料性能： 對比不同材料、不同批次、不同生產工藝（如涂層、復合、老化處理）對材料耐折性能的影響。
• 評估失效模式： 觀察材料在反復彎曲后的斷裂形態、裂紋擴展路徑等，分析其失效機理。
• 指導應用與設計： 為產品設計選擇合適材料、確定安全裕度提供依據，特別是對需要頻繁彎折的部件（如柔性印刷電路板基材、包裝盒的搖蓋、文件封面、地圖等）。

關鍵測試參數與設備

1. 試樣尺寸： 通常為標準化的條形試樣，寬度和長度需符合相關標準要求（如寬度15mm，長度≥100mm）。
2. 折疊角度： 最常見的是135°（模擬較劇烈的彎折）和180°（模擬對折）。角度直接影響施加在試樣上的應力和應變。
3. 折疊速度： 控制折疊動作的快慢，單位通常為折疊次數/分鐘（如100-120次/分鐘）。速度影響材料的應變速率和潛在的溫升。
4. 夾持距離： 試樣兩端被夾具夾持的長度。標準方法通常有明確的夾持距離規定。
5. 折疊半徑（選配）： 某些設備允許精確控制彎曲處的半徑，這對于模擬特定應用場景很重要。
6. 張力（選配）： 部分測試方法可能要求在折疊過程中施加微小的張力，以模擬實際使用中的拉伸狀態。
7. 環境條件： 溫度和濕度對許多材料（尤其是紙張、高分子材料）的力學性能有顯著影響。測試通常在標準溫濕度（如23±1°C, 50±2% RH）下進行，或根據需要設定特定條件。
8. 終點判定： 通常定義為試樣完全斷裂（分成兩段）。某些標準或應用也可能采用試樣出現明顯裂紋或強度下降到某一預定值作為終點。

折痕測試設備（折痕儀） 的核心部件包括：

• 夾具： 用于牢固夾持試樣兩端。
• 驅動機構： 提供精確控制的往復運動，實現試樣在設定角度下的反復折疊。
• 計數裝置： 自動記錄并顯示折疊次數。
• 角度控制器： 確保每次折疊達到預設角度。
• 可選附件： 如恒溫恒濕箱（用于環境控制）、張力施加裝置、不同半徑的折疊頭等。

標準測試流程

1. 試樣制備： 按標準規定的方法裁切足夠數量的代表性條形試樣。試樣邊緣應平整無毛刺。標明試樣的縱向（MD，通常指材料生產時的前進方向）或橫向（CD）。
2. 狀態調節： 將試樣置于標準溫濕度環境中達到平衡狀態（通常至少4小時）。
3. 設備校準： 確保折疊角度、速度、夾持距離等參數準確無誤。
4. 裝夾試樣： 將試樣兩端平整、垂直地裝入夾具中，確保折疊線在兩個夾具中心位置的正中間。
5. 設置參數： 輸入測試參數（角度、速度）。
6. 開始測試： 啟動設備，試樣開始反復折疊。
7. 終點判定與記錄： 設備自動計數。當試樣斷裂時，設備停止并記錄最終的折疊次數。通常需測試多個試樣（如至少10條）。
8. 結果計算： 計算所有有效試樣的耐折次數平均值（有時也報告中位數、最大值、最小值）。單位通常為“次”或“雙折次數”（Double Folds，代表一次完整的折疊-展開循環計數為1）。
9. 結果分析： 結合材料種類、預期應用、歷史數據等對結果進行分析判斷。觀察并記錄斷裂位置（是否在折痕處）和形態。

結果解讀與應用

• 數值意義： 耐折度數值越高，表明材料抵抗反復彎曲疲勞的能力越強，預期壽命越長。
• 影響因素解讀：
  • 材料本身： 纖維結構（紙張）、分子鏈柔順性/結晶度/交聯度（高分子）、延展性/加工硬化（金屬箔）、涂層性能等是決定性因素。
  • 方向性： 許多材料（如紙張、拉伸后的薄膜、單向增強復合材料）具有明顯的各向異性，縱向（MD）和橫向（CD）的耐折度可能有顯著差異。
  • 環境： 高溫高濕通常會降低高分子材料和紙張的耐折性能（軟化、塑化），低溫則可能增加脆性。
  • 應力集中： 表面的微小缺陷、劃痕、印刷油墨層等都可能成為應力集中點，引發裂紋并顯著降低耐折壽命。
• 應用領域：
  • 包裝： 評估包裝盒搖蓋、軟包裝袋開口處、標簽、紙袋等的耐折性能，防止在使用中過早斷裂。
  • 印刷： 評估承印物（紙張、卡紙、特種紙、塑料薄膜）在印刷、模切、折疊糊盒過程中的耐受性，避免加工時開裂；評估印刷品（如地圖、手冊封面、鈔票紙）的耐用性。
  • 紡織： 評估涂層織物、無紡布、皮革等的耐反復彎曲性能（模擬服裝肘部、膝部活動）。
  • 電子： 評估柔性印制電路板（FPC）基材、導電薄膜、柔性顯示材料的耐彎折壽命和可靠性。
  • 材料研發： 評估新材料配方、添加劑、復合結構對柔韌性和疲勞壽命的影響。
  • 質量控制： 監控原材料批次一致性、生產過程中的工藝穩定性（如干燥溫度、壓光壓力等對紙張耐折度的影響）。

折痕測試是一種直觀、標準化且應用廣泛的方法，專注于評估薄片材料和薄膜在反復彎曲載荷下的耐久性。其結果——耐折度，是表征材料柔韌性、韌性和疲勞壽命的重要指標。通過嚴格遵循標準化的測試流程和控制關鍵參數（角度、速度、溫濕度等），該測試能夠為材料篩選、產品設計、工藝優化以及最終產品的質量保證提供可靠的數據依據。理解折痕測試的原理、方法和結果解讀，對于提升相關產品的性能和可靠性具有不可替代的價值。

發展趨勢
隨著新材料（如超薄玻璃、齊全高分子復合材料）和柔性電子技術的快速發展，折痕測試方法也在不斷演進。未來趨勢包括：

• 更高精度與自動化： 更精密的控制、自動化的試樣裝夾和數據采集分析。
• 復雜環境模擬： 整合溫度、濕度、光照、化學環境等多因素耦合測試。
• 微型化與在線檢測： 開發適用于微電子器件的小型化測試設備或在線檢測技術。
• 多場耦合測試： 將折痕測試與電性能測試（針對柔性電子）同步進行，評估機械彎曲對功能的影響。
• 標準化完善： 針對新興材料和應用場景，制定更細分的測試標準。
  折痕測試作為連接材料本征性能與實際應用可靠性的重要橋梁，其價值將在未來的材料科學與工程領域持續凸顯。