影響塑料拉伸檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的因素
拉伸試驗(yàn)是指在承受軸向拉伸載荷下測(cè)定材料特性的試驗(yàn)方法。利用拉伸試驗(yàn)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(qiáng)度、屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度和其它拉伸性能指標(biāo)。從高溫下進(jìn)行的拉伸試驗(yàn)可以得到蠕變數(shù)據(jù)。拉伸試驗(yàn)是常用的一項(xiàng)力學(xué)試驗(yàn)。它是在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下,在試樣(通常為啞鈴型試樣)上沿縱軸向施加拉伸負(fù)荷,測(cè)定試樣破壞時(shí)的載荷,用載荷除以試樣的橫截面積即為拉伸強(qiáng)度。也就是說單位面積所能承受的負(fù)荷即為拉伸強(qiáng)度。它是衡量塑料力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。不同的塑料其力學(xué)性能是不同的,同種塑料不同牌號(hào)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(qiáng)度越好。大部分塑料制品的標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了拉伸強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度較高的工業(yè)配件等。
強(qiáng)度有兩種:一種是產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力,一種是被破壞時(shí)的應(yīng)力。前者叫屈服強(qiáng)度,后者叫極限強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)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(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是不相等的。塑性材料拉伸強(qiáng)度大于彎曲強(qiáng)度,脆性材料二者相差不多。
一、試驗(yàn)環(huán)境對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
影響塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素有許多:如振動(dòng)、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(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(23±2)℃,相對(duì)濕度為(50±10)%。熱塑性塑料的拉伸性能測(cè)試受溫度的影響比較大,往往溫度偏高,拉伸強(qiáng)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(qiáng)轉(zhuǎn)變,拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量隨之變小,而斷裂伸長率將同步變大。實(shí)驗(yàn)相對(duì)濕度一般對(duì)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(shí)踐可見,塑料的拉伸性能測(cè)試必須在恒溫恒濕條件下進(jìn)行。
二、塑料拉伸拉力機(jī)對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
塑料拉伸拉力機(jī)是專門用于材料力學(xué)性能測(cè)試的儀器。市場(chǎng)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(jī)械性能測(cè)試。拉力機(jī)用來對(duì)金屬材料和非金屬材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗(yàn)用的機(jī)械加力,拉力機(jī)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(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行及試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高低的一個(gè)重要因素。做拉伸、彎曲、剝離、壓縮、撕裂等試驗(yàn)中,拉伸試驗(yàn)是利用塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)、采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試樣,在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定材料的拉伸力、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂強(qiáng)度等參數(shù)。測(cè)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(yàn)機(jī)影響拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要因素。測(cè)力傳感器是材料試驗(yàn)機(jī)的核心部件,它的精度直接影響到試驗(yàn)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(huì)影響拉伸結(jié)果。在試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)機(jī)夾具分離速度,以mm/mino為單位。夾具的設(shè)計(jì)主要是手動(dòng)和氣動(dòng)兩種。試驗(yàn)機(jī)的同軸度不好,拉伸位移偏大,拉伸強(qiáng)度有時(shí)將受到影響,結(jié)果偏小。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的頻率也要適中,否則將影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù),峰值偏小。
三、試樣的制備與處理對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
在做各種塑料試驗(yàn)時(shí),都要按標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。但不同方法制樣的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)。塑料原材料吹成膜后,再用制樣機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)切刀制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。制樣切刀要規(guī)范鋒利,否則試樣會(huì)有毛邊或劃損等缺陷。試樣的厚度及寬度對(duì)結(jié)果影響很大,同一種塑料若試樣的尺寸不同,其拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果將有一定差異。所以在加工試樣、測(cè)量試樣尺寸時(shí),特別要注意被測(cè)試樣的尺寸和公差是否在標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)也不同,厚度大的試樣,一般試驗(yàn)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(shí),取樣位置要具有代表性,取樣時(shí)要遠(yuǎn)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(cè)部位若出現(xiàn)輕微縮痕影響平整度要注意多測(cè)幾點(diǎn),以得出其真實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。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(cè)操作過程對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
在對(duì)塑料使用塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)做拉伸檢測(cè)試驗(yàn)時(shí),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(qiáng)度增大,而斷裂伸長率將減小。因?yàn)樗芰蠈儆谡硰椥圆牧?,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(gè)時(shí)間過程,當(dāng)?shù)退倮鞎r(shí),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(qiáng)度減小,斷裂伸長率增大;高速拉伸時(shí),分子鏈段的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度增大,斷裂伸長率減小。只有拉伸速度相同時(shí),試驗(yàn)數(shù)據(jù)才具有可比性。對(duì)不熟悉的材料,正式測(cè)試之前要進(jìn)行預(yù)測(cè),以預(yù)知合適的負(fù)荷和速度等,為正式測(cè)試做好準(zhǔn)備。
五、數(shù)據(jù)處理對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
數(shù)據(jù)處理是整個(gè)試驗(yàn)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié),因此與試驗(yàn)結(jié)果的精確程度有著密切的關(guān)系?,F(xiàn)在的材料試驗(yàn)機(jī)多數(shù)由計(jì)算機(jī)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(cè)試和計(jì)算。如試樣尺寸、位移變化、伸長率計(jì)算等。數(shù)據(jù)的處理采取四舍五入的原則,要以測(cè)量誤差為依據(jù),將測(cè)試得到的或計(jì)算得到的數(shù)據(jù)截取成所需要的位數(shù),對(duì)舍去的位數(shù)按四舍五入處理(或省略掉)。
六、人員操作對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
試驗(yàn)的整個(gè)過程都是在人的操作和控制下進(jìn)行的,人為因素不可避免地會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果。即便是精細(xì)認(rèn)真有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的人做試驗(yàn),每次試驗(yàn)數(shù)據(jù)也都不會(huì)完全一致。人為因素涉及到取樣、制樣過程,試樣的處理,試驗(yàn)過程,數(shù)據(jù)處理等。做對(duì)比試驗(yàn),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(yàn)角度闡明,影響塑料拉伸檢測(cè)結(jié)果的因素有許多,除內(nèi)在因素外,還有試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果。對(duì)同一種塑料進(jìn)行拉伸試驗(yàn),有可能得出不盡相同的試驗(yàn)和檢測(cè)結(jié)果,要充分考慮并嚴(yán)格控制與試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)才具有可比性、一致性和準(zhǔn)確性。因此,試驗(yàn)人員必須具有高度的責(zé)任心,嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程,日常加強(qiáng)對(duì)塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備要注意保養(yǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和自校,以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)處于良好狀態(tài),才能獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
常見的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):
ASTME8/E8M-13a
ASTMA370-12
ENISO6892-1:2009
強(qiáng)度有兩種:一種是產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力,一種是被破壞時(shí)的應(yīng)力。前者叫屈服強(qiáng)度,后者叫極限強(qiáng)度。拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)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(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度是不相等的。塑性材料拉伸強(qiáng)度大于彎曲強(qiáng)度,脆性材料二者相差不多。
一、試驗(yàn)環(huán)境對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
影響塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素有許多:如振動(dòng)、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(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度為(23±2)℃,相對(duì)濕度為(50±10)%。熱塑性塑料的拉伸性能測(cè)試受溫度的影響比較大,往往溫度偏高,拉伸強(qiáng)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(qiáng)轉(zhuǎn)變,拉伸強(qiáng)度和拉伸彈性模量隨之變小,而斷裂伸長率將同步變大。實(shí)驗(yàn)相對(duì)濕度一般對(duì)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(shí)踐可見,塑料的拉伸性能測(cè)試必須在恒溫恒濕條件下進(jìn)行。
二、塑料拉伸拉力機(jī)對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
塑料拉伸拉力機(jī)是專門用于材料力學(xué)性能測(cè)試的儀器。市場(chǎng)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(jī)械性能測(cè)試。拉力機(jī)用來對(duì)金屬材料和非金屬材料進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、剝離等力學(xué)性能試驗(yàn)用的機(jī)械加力,拉力機(jī)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(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行及試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高低的一個(gè)重要因素。做拉伸、彎曲、剝離、壓縮、撕裂等試驗(yàn)中,拉伸試驗(yàn)是利用塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)、采用標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試樣,在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)定材料的拉伸力、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、斷裂強(qiáng)度等參數(shù)。測(cè)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(yàn)機(jī)影響拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主要因素。測(cè)力傳感器是材料試驗(yàn)機(jī)的核心部件,它的精度直接影響到試驗(yàn)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(huì)影響拉伸結(jié)果。在試驗(yàn)過程中,試驗(yàn)機(jī)夾具分離速度,以mm/mino為單位。夾具的設(shè)計(jì)主要是手動(dòng)和氣動(dòng)兩種。試驗(yàn)機(jī)的同軸度不好,拉伸位移偏大,拉伸強(qiáng)度有時(shí)將受到影響,結(jié)果偏小。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的頻率也要適中,否則將影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù),峰值偏小。
三、試樣的制備與處理對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
在做各種塑料試驗(yàn)時(shí),都要按標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)。但不同方法制樣的試驗(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)。塑料原材料吹成膜后,再用制樣機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)切刀制成標(biāo)準(zhǔn)試樣。制樣切刀要規(guī)范鋒利,否則試樣會(huì)有毛邊或劃損等缺陷。試樣的厚度及寬度對(duì)結(jié)果影響很大,同一種塑料若試樣的尺寸不同,其拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果將有一定差異。所以在加工試樣、測(cè)量試樣尺寸時(shí),特別要注意被測(cè)試樣的尺寸和公差是否在標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)也不同,厚度大的試樣,一般試驗(yàn)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(shí),取樣位置要具有代表性,取樣時(shí)要遠(yuǎn)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(cè)部位若出現(xiàn)輕微縮痕影響平整度要注意多測(cè)幾點(diǎn),以得出其真實(shí)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(biāo)準(zhǔn)。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(cè)操作過程對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
在對(duì)塑料使用塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)做拉伸檢測(cè)試驗(yàn)時(shí),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(qiáng)度增大,而斷裂伸長率將減小。因?yàn)樗芰蠈儆谡硰椥圆牧?,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(gè)時(shí)間過程,當(dāng)?shù)退倮鞎r(shí),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(qiáng)度減小,斷裂伸長率增大;高速拉伸時(shí),分子鏈段的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)度增大,斷裂伸長率減小。只有拉伸速度相同時(shí),試驗(yàn)數(shù)據(jù)才具有可比性。對(duì)不熟悉的材料,正式測(cè)試之前要進(jìn)行預(yù)測(cè),以預(yù)知合適的負(fù)荷和速度等,為正式測(cè)試做好準(zhǔn)備。
五、數(shù)據(jù)處理對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
數(shù)據(jù)處理是整個(gè)試驗(yàn)過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié),因此與試驗(yàn)結(jié)果的精確程度有著密切的關(guān)系?,F(xiàn)在的材料試驗(yàn)機(jī)多數(shù)由計(jì)算機(jī)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(cè)試和計(jì)算。如試樣尺寸、位移變化、伸長率計(jì)算等。數(shù)據(jù)的處理采取四舍五入的原則,要以測(cè)量誤差為依據(jù),將測(cè)試得到的或計(jì)算得到的數(shù)據(jù)截取成所需要的位數(shù),對(duì)舍去的位數(shù)按四舍五入處理(或省略掉)。
六、人員操作對(duì)塑料拉伸檢測(cè)的影響
試驗(yàn)的整個(gè)過程都是在人的操作和控制下進(jìn)行的,人為因素不可避免地會(huì)影響到試驗(yàn)結(jié)果。即便是精細(xì)認(rèn)真有實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的人做試驗(yàn),每次試驗(yàn)數(shù)據(jù)也都不會(huì)完全一致。人為因素涉及到取樣、制樣過程,試樣的處理,試驗(yàn)過程,數(shù)據(jù)處理等。做對(duì)比試驗(yàn),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(yàn)角度闡明,影響塑料拉伸檢測(cè)結(jié)果的因素有許多,除內(nèi)在因素外,還有試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果。對(duì)同一種塑料進(jìn)行拉伸試驗(yàn),有可能得出不盡相同的試驗(yàn)和檢測(cè)結(jié)果,要充分考慮并嚴(yán)格控制與試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(yàn)數(shù)據(jù)才具有可比性、一致性和準(zhǔn)確性。因此,試驗(yàn)人員必須具有高度的責(zé)任心,嚴(yán)格執(zhí)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程,日常加強(qiáng)對(duì)塑料拉伸試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備要注意保養(yǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和自校,以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)處于良好狀態(tài),才能獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
常見的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn):
ASTME8/E8M-13a
ASTMA370-12
ENISO6892-1:2009