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據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據。拉伸試驗是常用的一項力學試驗。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。它是衡量塑料力學性能的一項重要指標。不同的塑料其力學性能是不同的，同種塑料不同牌號的塑料其力學性能也有很大差別，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：一種是產生塑性變形時的應力，一種是被破壞時的應力。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據的因素有許多：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。這也是試驗能否順利進行及試驗數據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。測力傳感器精度、速度控制精度、夾具、同軸度和數據采集頻率等是材料試驗機影響拉伸試驗數據的主要因素。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據和偏差大小。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，結果偏小。試驗數據采集的頻率也要適中，否則將影響到試驗數據，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GB/T1040與受試材料有關的部分制樣)。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的標準。但不同方法制樣的試驗數據不具備可比性。同一種制樣方法，要求工藝參數（如模具結構、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構如結晶度、分子取向等將有較大變化，直接影響試驗數據。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，試樣的尺寸規(guī)格要一致。試樣的厚度不同試驗數據也不同，厚度大的試樣，一般試驗數據偏小。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、分子構型、物理狀態(tài)的變化，并能消除試樣內存的殘余應力。

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，其力學行為也將發(fā)生改變。一般情況下，拉伸速度快應力和拉伸強度增大，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。應力松弛需要一個時間過程，當低速拉伸時，分子鏈來得及位移、重排，塑料呈現韌性行為，表現為拉伸強度減小，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，塑料呈現脆性行為，表現為拉伸強度增大，斷裂伸長率減小。只有拉伸速度相同時，試驗數據才具有可比性。對不熟悉的材料，正式測試之前要進行預測，以預知合適的負荷和速度等，為正式測試做好準備。

五、數據處理對塑料拉伸檢測的影響

數據處理是整個試驗過程的一個重要環(huán)節(jié)，因此與試驗結果的精確程度有著密切的關系。現在的材料試驗機多數由計算機控制，數據處理已程序化，但是有些數據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。數據的處理采取四舍五入的原則，要以測量誤差為依據，將測試得到的或計算得到的數據截取成所需要的位數，對舍去的位數按四舍五入處理（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果。即便是精細認真有實驗經驗的人做試驗，每次試驗數據也都不會完全一致。人為因素涉及到取樣、制樣過程，試樣的處理，試驗過程，數據處理等。做對比試驗，最好同一人員操作，以保證得出正確的結論。

通過上述分析，從試驗角度闡明，影響塑料拉伸檢測結果的因素有許多，除內在因素外，還有試驗環(huán)境、試驗儀器、試樣制備與處理、操作過程、數據處理、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果，要充分考慮并嚴格控制與試驗數據準確程度有關的外部因素，特別是主觀方面的外部因素，試驗數據才具有可比性、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備要注意保養(yǎng)、運轉和自校，以保證實驗時處于良好狀態(tài)，才能獲得準確的試驗數據。

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