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塑料拉伸強度測試及影響

來源：天氏庫力發(fā)布日期 2021-02-26 瀏覽：

拉伸試驗是指在承受軸向拉伸載荷下測定材料特性的試驗方法。利用拉伸試驗得到的數(shù)據(jù)可以確定材料的彈性極限、伸長率、彈性模量、比例極限、面積縮減量、拉伸強度、屈服點、屈服強度和其它拉伸性能指標。從高溫下進行的拉伸試驗可以得到蠕變數(shù)據(jù)。拉伸試驗是常用的一項力學(xué)試驗。它是在規(guī)定的試驗溫度、濕度和試驗速度下，在試樣（通常為啞鈴型試樣）上沿縱軸向施加拉伸負荷，測定試樣破壞時的載荷，用載荷除以試樣的橫截面積即為拉伸強度。也就是說單位面積所能承受的負荷即為拉伸強度。它是衡量塑料力學(xué)性能的一項重要指標。不同的塑料其力學(xué)性能是不同的，同種塑料不同牌號的塑料其力學(xué)性能也有很大差別，一般來說同種塑料分子量越高拉伸強度越好。大部分塑料制品的標準中都規(guī)定了拉伸強度要求，如塑料薄膜、塑料管材、塑料型材、塑料編織袋、塑料繩索等。拉伸強度較高的塑料主要有聚酰胺、氟塑料、聚砜、聚芳砜、聚醚砜、聚酰亞胺等，主要用來制造強度較高的工業(yè)配件等。

強度有兩種：一種是產(chǎn)生塑性變形時的應(yīng)力，一種是被破壞時的應(yīng)力。前者叫屈服強度，后者叫極限強度。拉伸強度和彎曲強度的區(qū)別在于受力情況不同，拉伸是受拉伸力，彎曲是受彎曲力。材料的拉伸強度和彎曲強度是不相等的。塑性材料拉伸強度大于彎曲強度，脆性材料二者相差不多。

一、試驗環(huán)境對塑料拉伸檢測的影響

影響塑料拉伸試驗機試驗數(shù)據(jù)的因素有許多：如振動、溫度、濕度、人員等，其中最主要的因素是溫度和濕度。GB/T1040中規(guī)定，實驗室環(huán)境溫度為（ 23±2）℃ ，相對濕度為（50±10）% 。熱塑性塑料的拉伸性能測試受溫度的影響比較大，往往溫度偏高，拉伸強度偏低，伸長率偏大，反之則相反。伴隨著溫度的逐漸上升，熱塑性塑料的拉伸性能也將逐漸由硬脆向粘強轉(zhuǎn)變，拉伸強度和拉伸彈性模量隨之變小，而斷裂伸長率將同步變大。實驗相對濕度一般對吸水率比較大的塑料影響較大。一部分塑料吸水率增大以后，水分子在塑料中起到了偶聯(lián)劑和增韌劑的作用，從而影響該塑料的剛性和韌性。通過以上實踐可見，塑料的拉伸性能測試必須在恒溫恒濕條件下進行。

二、材料試驗機對塑料拉伸檢測的影響

材料試驗機（又稱拉力機）是專門用于材料力學(xué)性能測試的儀器。市場上銷售主要適用于塑料板材、管材、異型材，塑料薄膜及橡膠、電線電纜、防水卷材、金屬絲等材料的各種物理機械性能測試。拉力機用來對金屬材料和非金屬材料進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗用的機械加力，拉力機夾具作為儀器的重要組成部分，不同的材料需要不同的夾具。這也是試驗?zāi)芊耥樌M行及試驗數(shù)據(jù)準確度高低的一個重要因素。做拉伸、彎曲、剝離、壓縮、撕裂等試驗中，拉伸試驗是利用塑料拉伸試驗機、采用標準中規(guī)定的試樣，在規(guī)定的標準狀態(tài)下測定材料的拉伸力、拉伸強度、斷裂伸長率、斷裂強度等參數(shù)。測力傳感器精度、速度控制精度、夾具、同軸度和數(shù)據(jù)采集頻率等是材料試驗機影響拉伸試驗數(shù)據(jù)的主要因素。測力傳感器是材料試驗機的核心部件，它的精度直接影響到試驗數(shù)據(jù)和偏差大小。拉伸速度要求平穩(wěn)均勻，速度偏高或偏低都會影響拉伸結(jié)果。在試驗過程中，試驗機夾具分離速度，以mm/mino為單位。夾具的設(shè)計主要是手動和氣動兩種。試驗機的同軸度不好，拉伸位移偏大，拉伸強度有時將受到影響，結(jié)果偏小。試驗數(shù)據(jù)采集的頻率也要適中，否則將影響到試驗數(shù)據(jù)，峰值偏小。

三、試樣的制備與處理對塑料拉伸檢測的影響

在做各種塑料試驗時，都要按標準制成樣 (依據(jù)GB/T1040與受試材料有關(guān)的部分制樣)。制樣方式有兩種：一是用原材料制樣，另一種是從制品上直接取樣。用原材料制成試樣有幾種方法，包括模壓型、注塑成型、壓延成型或吹膜成型等，每種制樣過程都有符合相關(guān)的標準。但不同方法制樣的試驗數(shù)據(jù)不具備可比性。同一種制樣方法，要求工藝參數(shù)（如模具結(jié)構(gòu)、成型溫度、成型壓力、冷卻速度等）和工藝過程也要相同，否則塑料的成型過程中的微觀結(jié)構(gòu)如結(jié)晶度、分子取向等將有較大變化，直接影響試驗數(shù)據(jù)。塑料原材料吹成膜后，再用制樣機和標準切刀制成標準試樣。制樣切刀要規(guī)范鋒利，否則試樣會有毛邊或劃損等缺陷。試樣的厚度及寬度對結(jié)果影響很大，同一種塑料若試樣的尺寸不同，其拉伸強度試驗結(jié)果將有一定差異。所以在加工試樣、測量試樣尺寸時，特別要注意被測試樣的尺寸和公差是否在標準所規(guī)定的范圍內(nèi)，試樣的尺寸規(guī)格要一致。試樣的厚度不同試驗數(shù)據(jù)也不同，厚度大的試樣，一般試驗數(shù)據(jù)偏小。也就是說試樣越厚存在缺陷的概率越高。從塑料制品上直接取樣時，取樣位置要具有代表性，取樣時要遠離邊緣和轉(zhuǎn)角部位，并變換不同的角度和更換不同的位置。注射模塑試樣往往后收縮較大，被測部位若出現(xiàn)輕微縮痕影響平整度要注意多測幾點，以得出其真實尺寸。試樣制備好后，要在恒溫性濕條件下放置處理，執(zhí)行GB/T1040 標準。在放置過程中，將引起分子量、分子構(gòu)型、物理狀態(tài)的變化，并能消除試樣內(nèi)存的殘余應(yīng)力。

四、檢測操作過程對塑料拉伸檢測的影響

在對塑料使用塑料拉伸試驗機做拉伸檢測試驗時，拉伸速度變化，其力學(xué)行為也將發(fā)生改變。一般情況下，拉伸速度快應(yīng)力和拉伸強度增大，而斷裂伸長率將減小。因為塑料屬于粘彈性材料，它的力松弛過程與變形速度緊密相關(guān)。應(yīng)力松弛需要一個時間過程，當?shù)退倮鞎r，分子鏈來得及位移、重排，塑料呈現(xiàn)韌性行為，表現(xiàn)為拉伸強度減小，斷裂伸長率增大；高速拉伸時，分子鏈段的運動跟不上外力作用的速度，塑料呈現(xiàn)脆性行為，表現(xiàn)為拉伸強度增大，斷裂伸長率減小。只有拉伸速度相同時，試驗數(shù)據(jù)才具有可比性。對不熟悉的材料，正式測試之前要進行預(yù)測，以預(yù)知合適的負荷和速度等，為正式測試做好準備。

五、數(shù)據(jù)處理對塑料拉伸檢測的影響

數(shù)據(jù)處理是整個試驗過程的一個重要環(huán)節(jié)，因此與試驗結(jié)果的精確程度有著密切的關(guān)系。現(xiàn)在的材料試驗機多數(shù)由計算機控制，數(shù)據(jù)處理已程序化，但是有些數(shù)據(jù)還是依靠人為測試和計算。如試樣尺寸、位移變化、伸長率計算等。數(shù)據(jù)的處理采取四舍五入的原則，要以測量誤差為依據(jù)，將測試得到的或計算得到的數(shù)據(jù)截取成所需要的位數(shù)，對舍去的位數(shù)按四舍五入處理（或省略掉）。

六、人員操作對塑料拉伸檢測的影響

試驗的整個過程都是在人的操作和控制下進行的，人為因素不可避免地會影響到試驗結(jié)果。即便是精細認真有實驗經(jīng)驗的人做試驗，每次試驗數(shù)據(jù)也都不會完全一致。人為因素涉及到取樣、制樣過程，試樣的處理，試驗過程，數(shù)據(jù)處理等。做對比試驗，最好同一人員操作，以保證得出正確的結(jié)論。

通過上述分析，從試驗角度闡明，影響塑料拉伸檢測結(jié)果的因素有許多，除內(nèi)在因素外，還有試驗環(huán)境、試驗儀器、試樣制備與處理、操作過程、數(shù)據(jù)處理、人員操作等外部因素。這些外部因素有些屬客觀方面，如溫度、濕度等，有些屬主觀方面，如人員操作等，這些因素最終將影響試驗結(jié)果。對同一種塑料進行拉伸試驗，有可能得出不盡相同的試驗和檢測結(jié)果，要充分考慮并嚴格控制與試驗數(shù)據(jù)準確程度有關(guān)的外部因素，特別是主觀方面的外部因素，試驗數(shù)據(jù)才具有可比性、一致性和準確性。因此，試驗人員必須具有高度的責(zé)任心，嚴格執(zhí)行試驗標準和操作規(guī)程，日常加強對塑料拉伸試驗機等設(shè)備要注意保養(yǎng)、運轉(zhuǎn)和自校，以保證實驗時處于良好狀態(tài)，才能獲得準確的試驗數(shù)據(jù)。

常見的測試標準：

ASTM E8/E8M-13a

ASTM A370-12

EN ISO 6892-1 :2009

ISO 6892-1:2009

GB/T 228.1-2010

JIS Z 2241-2011

AS 1391-2007

ASTM B 557-10(鋁和鎂合金)

GB/T1040.2-2006

ISO 527-2:2012