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ISO 527-1和ISO 527-2,塑料的拉伸試驗

這項拉伸測試用於測定模塑材料的基本機械特性。這些特徵值絕大多數用於比對目的。ISO 527 系列標準包括 ISO 527-1(一般原則)與 ISO 527-2(適用於模塑與擠出材料的測試條件),用於描述厚度超過 1 mm 之塑膠拉伸測試方法。該標準的核心理念是確保測試結果在不同實驗室、企業及國家之間具有高度的可重現性。

更多有關塑膠材料拉伸試驗的資訊,可參見 ASTM D638 標準。對於厚度小於 1 mm 的塑膠薄膜與薄片,則可參考 ISO 527-3ASTM D882 標準進行測試。

目標與特徵值 執行測試 試樣形狀與尺寸 環境條件 準確度要求 與其他測試方法比較 測試系統 下載

依據 ISO 527 的拉伸測試目標與特徵值

測定一系列特徵值的目的是為了說明成型材料的基本機械特性。 這些特徵值絕大多數用於比對目的。

典型的特徵值為:

  • 拉伸應力:試片原始截面積上所受的拉伸負荷
  • 應變:原始標距單位長度的增量
  • 拉伸模量:應變-應力曲線圖中的斜率
  • 降伏點:應力-應變曲線圖中斜率變化為零的點
  • 斷裂點:試片斷裂時的應力和應變
  • 泊松比:橫向應變與軸向正應變絕對值的比值

ISO 527-1/-2ASTM D638 都對拉伸測試的測試方法進行了定義。 兩個測試標準及技術上是相同的,但不能提供完全可比對的結果 - 這是因為試樣形狀、測試速度和計算結果的方法在某些方面存在著差異。

在標準拉伸測試中,所顯示的測試結果基於作用於試片上的規定拉伸速度。 然而,在實際使用中,作用於組件或結構上的負載可能處於一個非常大的變形率範圍內。 由於聚合物的黏彈性,在改變應變速率的情況下,產生的實際機械性可能與使用標準試片所測得的結果不同。 基於此原因,用拉伸測試方法所得到的特徵值對於組件設計的參考價值很小,但為材料比對提供了非常可靠的數據基礎。

老化測試:

這種拉伸測試為聚合物在老化、高溫、介質老化或耐候中的機械特徵值變化提供了良好的基礎。 為此,拉伸測試特徵值是在新的成型狀態下,以及在規定的老化或耐候期結束後所測定。

如何進行 ISO 527-1 拉伸測試?

ISO 527-1/-2ASTM D638都對拉伸測試的測試方法進行了定義。 兩個測試標準技術上是相同的,但不能提供完全可比對的結果 - 這是因為試樣形狀、測試速度和計算結果的方法在某些方面存在著差異。

根據 ISO 527 進行拉伸測試:

ISO 527-1/-2首先定義了試樣的形狀、尺寸測量準確度、允許的公差以及初始標距長度。 設定定義的夾具間距後夾持試樣。 無論由誰操作,指定的預負載都能確保結果的可再現性。 不同的典型特徵值係根據 ISO 527 標準進行拉伸測試所測定。 在這項測試中,拉伸模量對測量準確度有著明顯更高的要求,此準確度定義於ISO 527-1 附錄C。 可在下方找到有關 ISO 527 拉伸測試環境與測試設備的確切要求,

最簡單的測試方法是使用專為ISO 527-1/-2標準開發的 testXpert 標準測試程序, 執行符合 ISO 527 測試的所有參數都已在軟體中預設好並保證符合標準。

立即使用 testXpert 進行 ISO 527 測試

採用以下方法可確保有效的ISO 527測試和新使用者的快速上手:

  • 不需要研究標準:使用ISO 527-1/-2 標準測試程式保證符合標準,所有用於ISO 527-1/-2的特徵值和參數都已存入程式。
  • 由於有用戶管理功能,使用者只會看到進行測試所需的資訊,這表示使用者可快速完成訓練並可靠地依據ISO 527進行測試。 無處會被遺漏。
  • 透過連接周邊裝置實現最大的測試效率: 當微米級的試樣尺寸數據直接傳送至測試軟體時,不僅能節省時間,還能避免輸入錯誤。

testXpert 測試軟體 透過 testXpert 的6個步驟進行測試

滿足標準ISO 527的拉伸測試的環境和試驗機需求

試樣類型/試樣形狀

測試成型材料的首要目標是實現高度的可再現性, 這需要限制試樣類型的數量。 試樣的形狀和尺寸於 ISO 527-2 中被定義。 推薦使用 type 1A(射出成型)和 type 1B(壓製成型或機械加工)試樣:

符合 ISO 527-2 的 type 1A 試樣

  • 試樣通常會採射出成型的方法製作。 使用ISO 527-2定義的type 1A試樣;這類型試樣在 ISO 3167 稱作type A試樣,且另外明確訂定厚度為 4mm的限制。 這類型試樣也被納入了 ISO 20753,稱為A1試樣。
  • 射出成型試片呈現了隨射出成型口到遠離射出成型口位置的逐漸降低的方向性,導致了沿著試片長度方向非連續的機械特性曲線。因此,試片斷裂經常出現在遠離射出成型口的位置。
  • 此試樣最合適的標距長度75mm 或 50mm

type 1B 試樣

  • 此外,也可使用type 1B的試樣;這些試樣在 ISO 3167 中被稱作type B,而在 ISO 20753 中則稱為type A2試樣。
  • 這些試樣通常為壓製或射出成型的加工薄板。 聚合物的取向通常與射出成型試樣的取向有顯著的差別, 無法保證使用不同試樣形狀所獲得的結果具可比性。
  • 由於 type 1B 型試樣的半徑較大,導致平行區域較短,標距長度被定義為50 mm

L0標距長度
L夾具間距
l1 窄平行截面長度/內徑
l2寬平行截面間的距離
l3 總長度/外徑
b2 試樣肩部寬度
b1標距長度範圍內的試樣寬度
h 試樣厚度

ISO 527-2 試樣形狀和尺寸
標準 試樣類型 注意: l3
mm
l1
mm
b
mm
b1
mm
h
mm
L0
mm
L
mm
ISO 527-2 1A 射出成型
試樣(首選形式)
=170 80±2 20±0.2 10±0.2 4.0±0.2
(首選)
75、0.5或
50±0.5
115±1
ISO 527-2 1B 壓製試樣
或機械加工
(首選方式)
≥150 60±0.5 20±0.2 10±0.2 4.0±0.2
(首選)
50±0.5 115±1

用於老化測試、介質老化測試和耐候測試的試樣

  • 老化過程從試片的表面開始,因此小的試片截面有利於模擬老化測試。
  • 通常僅使用最大拉伸應力來評估此行為。 不需要使用延伸計,可以使用細的waisted試樣。
  • 為此,ISO 527提供了CP和CW類型;其借鑑了衝擊拉伸標準ISO 8256

試樣尺寸

  • 試片尺寸的測量誤差會引起一個相對高的應力值誤差。 當一個試片承受拉伸負載時,測量誤差將對試片所得到的應力結果呈現線性影響。 當一個試片承受彎曲負載時,試片厚度測量誤差具有二次影響。
  • 除了測量設備的讀取準確度外,接觸元件的尺寸和形式以及測量時加載於表面的力,都對尺寸測量有很大影響。
  • 此外,試片的截面經常不是理想的矩形形式。 這可能是由於機械加工或射出成型試片的凹陷和微小的拔模角造成的角度誤差。
  • 許多測試標準會參考 ISO 16012 和/或 ASTM D5947,以定義尺寸測量的要求與方法。有時,不同測試標準包含了其他的規定。
  • 例如,通常用游標卡尺來測量總長度大於10 mm的硬質塑膠。由於測量時的表面壓力不能被檢測,導致即使游標卡尺的解析度很高,測試的準確度也相當低。
  • 試片的厚度和寬度一般用帶有微調旋鈕的測微器。 接觸面是直徑為6.35 mm的圓平面。微調旋鈕限制的測量力為5-15 N。
  • 在自動系統中,厚度和寬度由截面測量設備測量。 這個測量裝置在測量尺寸的過程中用四個數位測量傳感器以一定的測量力透過感測器腳支撑試片。
  • 對於軟質塑膠和薄膜,須嚴格遵守測量力的規定。 為了達到要求,一定要使用有固定負載支持的數位厚度測量儀。

調節和環境條件

  • 遵守規定的調節和環境條件,也就是溫度和濕度對於測試結果的比較極為重要。
  • 有關調節期限的規範可參閱被測試塑料的相關材料標準。 此外,用於成型材料測試的試片必須保持在標準環境(標準的溫度和濕度條件)中放置至少16小時才能進行測試。
  • 用於測試的標準環境參見ISO 291ASTM D618中定義的標準環境。
    適度的環境:23 ± 2 °C, 50 ± 10 %rh
    亞熱帶環境:27 ± 2 °C,65 ± 10 %rh
  • 對應於公差為 2。 公差即為一半 1。
  • 室溫通常指的是一個相對寬的溫度範圍,在18 °C和28 °C之間。
  • 測試也可以在高溫或低溫下進行,但是可能會相應指定不同的要求。

試驗機準確度要求

試驗機測量兩個基本數值:測試力和伸長量。在定期校正的框架下,當與可追溯至國家標準的量測儀器進行比較時,數據顯示這些測得的數值在定義的量測範圍內,可達到測試標準中所定義的準確度等級。

力量測量(ISO 7500-1、ASTM E4)

大多數測試標準要求測量值的準確度達到 1%。這項要求在 ISO 標準中被歸類為 Class 1 等級。如今幾乎所有現代測試機都能達到 Class 1 的準確度,甚至有些可達到 Class 0.5,其允差僅為前者的一半。因此,關鍵在於試驗機在何種測量範圍內能維持所要求的準確度。多款 ZwickRoell 試驗機即使在其測量範圍的千分之一處,也能達到 Class 1 的準確度等級。這意味著您可以用相同的測試配置,即可測量多種材料的彈性模數與拉伸應力。

延伸量測(ISO 9513、ASTM E83)

除了定義的相對誤差(百分比)外,測量延伸率的規範還包括絕對誤差的規範,這種誤差在測量較小的延伸率時會出現。
ISO 和 ASTM 標準在這方面有顯著差異。

  • ISO的公差參考伸長量,ASTM則直接參考應變量。
  • 此外,ISO標準對於小的應變規定比ASTM標準嚴格。
  • 所用的標距長度不同有時會導致測試結果有很大不同,特别是測量小伸長量時。

測量拉伸模數時的特殊注意事項

  • 如上表所示,ISO Class 1 中拉伸模數的應變範圍準確度要求為 ±3 µm。這表示在模數範圍的起始點與終點之間,測量結果可能存在最多 6 µm 的偏差。 如此將導致相應較大的測量誤差。
  • 為了解決這一問題,ISO 527-1 增加了一項針對拉伸模數測量的附加要求。該要求規定:在模數測定的起始點與終點之間的測量路徑,必須達到 1% 的準確度。

拉伸試驗與其他測試方法的比較

彎曲測試(ISO 178、ASTM D790)
拉伸負載下的蠕變測試(ISO 899-1)
衝擊拉伸測試(ISO 8256、ASTM D1822)
高速拉伸測試(ISO 18872)
彎曲測試(ISO 178、ASTM D790)

彎曲測試(ISO 178、ASTM D790)

  • 執行彎曲測試的加載速率與拉伸測試相似,因此能提供相似的材料特性。
  • 彎曲測試的其中一個主要優點是能相對簡單地測量試片的低應變。 正因如此,彎曲測試長久以來都是理想的模數測量方式。
  • 然而,由於高準確度且方便操作的延伸計逐漸普及,彎曲性能的這種優勢也就不那麼重要了。
  • 依據測試方法,彎曲測試能更準確地表徵試片表面的材料狀態。 如果材料有很強的方向性,結果的測量值與拉伸測試相比具有差異。
  • 測試標準中所敘述的計算方法涉及到測量誤差,當試片變形變大時,測量誤差也增大。 由於這個原因,不同於拉伸測試,彎曲測試僅能用於小應變試片。
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拉伸負載下的蠕變測試(ISO 899-1)

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蠕變測試是在恆定連續的拉伸負載下進行。加載速率幾乎為零。應變變化以一條蠕變曲線顯示。

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衝擊拉伸測試(ISO 8256、ASTM D1822)

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  • 這個測試使用擺錘衝擊試驗機進行,提供了一種簡單的方法來探測在高負載加載速率時的拉伸特性。
  • 採用傳統的擺錘衝擊試驗機僅能探測衝擊能量值,擺錘的衝擊速度一般限制在約3.8 m/s。 一台儀器化擺錘衝擊試驗機能測定其他特性參數,如:最大拉伸力。
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高速拉伸測試可以採用落錘試驗機或油壓高速拉伸試驗機來執行。 衝頭落下的速度可達20 m/s。 此外,可以直接在試片上進行延伸量測,能夠生成直觀的應力-應變圖。 高速拉伸測試也能提供有價值的碰撞模擬參數。

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