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ISO 527-1 和 ISO 527-2:塑膠拉伸測試

ASTM D638

ISO 527-1(一般原則)和 ISO 527-2(成型和擠壓材料的測試條件)描述了塑料的拉伸測試。ISO 527 標準的指導原則是跨實驗室、公司和國界的測試結果的高度可再現性。

針對塑料拉伸測試的進一步描述可在 ASTM D638 標準中找到。

名稱 類型 尺寸 下載

ISO 527標準拉伸測試目的

在這項拉伸測試中可測定成型材料的必要機械性能。這些特徵值絕大多數用於比對目的。

這些特徵值是:

  • 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
  • 拉伸模數: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。兩個測試的標準及技術相同,但不能提供完全可比對的結果,這是因為試片形狀、測試速度和計算結果的方法在一些方面存在著差異。

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狀態所探測的。

老化測試:

拉伸測試為證明聚合物在老化、熱或介質老化或風化機械特徵值的變化提供了良好的基礎。為此,拉伸測試的特徵值是在新成型狀態下,以及在規定的老化或耐候階段後測定的。

滿足標準ISO 527的拉伸測試的環境和試驗機需求

ISO標準中定義的試片形狀和尺寸

用於成型材料測試的試片形狀

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。

  • 試片通常採射出成型的方法製作。
  • 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。
  • 試片最合適的標距長度為75mm或50mm。
  • 此外,類型1B的試片也可使用;這些試片在ISO 3167中被定義為類型B,在ISO 20753中被定義為類型A2
  • 它們通常由熱壓或射出成型的板材加工而成。聚合物的方向通常與射出成型試樣有明顯不同。因此使用不同試片形狀所獲得的結果可比性是無法被保證的。
  • 標距長度50 mm被定義用於Type 1B試片,因為其較大的半徑導致平行長度較短。

用於老化測試、介質老化測試和耐候測試的試片

  • 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。
  • 通常只使用最大拉伸應力來評估這種行為。不需要使用延伸計,可以使用細的、啞鈴型試片。
  • 為此ISO 527提供了 Types CP和CW;其借鑑了衝擊拉伸標準ISO 8256

定義的調節和環境條件

  • 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 D1349中定義的標準環境。
    測試環境:23 ± 2 °C,50 ± 10% r.F.
    亞熱帶環境:27 ± 2 °C,65 ± 10% r.F.
  • 公差符合class 2規定。class 1的公差範圍為class 2的一半。
  • 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。
  • 在高溫或低溫條件下進行測試也是可行的,可以定義各種不同的測試需求。

正確測量試片尺寸

  • 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。
  • 許多測試標準參考ISO 16012ASTM D5947制定尺寸測量的要求和方法。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。

試驗機需求

試驗機測量兩個基本數值:測試力和伸長量。作為週期性校正的一部分,基於國家標準與測量設備做比較,數據表明這些測量數值在定義的測量範圍內可達到測試標準規定的準確度。

力量測量(ISO 7500-1、ASTM E4)

大多數測試標準規定測量數值的測量準確度為1%。這個要求在ISO標準中被定義為Class 1準確度。現在大多數現代試驗機都達到了Class 1準確度,或者有的達到了Class 0.5等級準確度,其誤差減半。因此決定性因素是試驗機達到特定準確度等級的測量範圍。多種ZwickRoell試驗機在其測量範圍1/1000的範圍內達到了Class 1準確度。這意味著可以用同樣的測試設定,不用重新設置儀器就可測量很多材料的模數和拉伸應力的值。

力量測量(ISO 7500-1、ASTM E4)

大多數測試標準規定測量數值的測量準確度為1%。 這個要求在ISO標準中被定義為Class 1準確度。 現在大多數現代試驗機都達到了Class 1準確度,或者有的達到了Class 0.5等級準確度,其誤差減半。 因此決定性因素是試驗機達到特定準確度等級的測量範圍。 多種ZwickRoell試驗機在其測量範圍1/1000的範圍內達到了Class 1準確度。 這意味著可以用同樣的測試設定,不用重新設置儀器就可測量很多材料的模數和拉伸應力的值。

延伸量測(ISO 9513、ASTM E83)

除了定義的相對(百分比)誤差外,測量延伸的等級規範還包括絕對誤差的規範,這在測量較小的延伸量時會出現。
ISO 和 ASTM 在此處有很大不同。

  • 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的Class 1精度拉伸模數應變範圍要求為 ±3 µm。 這意味著在模數範圍的開始和結束處的測量之間可能存在高達 6 µm 的偏差。這會導致相對大的測量誤差。
  • 為了解決這個問題,ISO 527-1 中增加了測量拉伸模數的額外要求。該附加要求規定,模數確定開始和結束之間的測量路徑必須以 1% 的準確度進行測量。

拉伸測試依據ISO 527-1 / ASTM D638標準,溫度箱溫度為 -80°C至+250°C

在溫度箱中進行塑膠測試,溫度範圍-80 °C至+250 °C

在要求溫度下(特别是ISO 527-1、ASTM D638),使用makroXtens延伸計對塑膠、橡膠、彈性體和纖維增強複合材料進行材料和組件測試。

testXpert III - ISO 527-1(ASTM D638)標準塑膠拉伸測試

testXpert III 測試軟體是滿足各種測試需求的理想解決方案。該軟體是與來自材料測試產業的軟體用戶密切合作的結果,包括眾多支持您日常操作的功能。ISO 527-1/-2ASTM D638 都定義了拉伸測試的測試方法。這兩個標準在技術上是等效的,但不能提供完全可比的結果,因為試片形狀、測試速度和結果確定方法在某些方面有所不同。透過 testXpert III,ZwickRoell 提供了一個準備好的標準測試程序,保證滿足 ISO 527-1ASTM D638 要求。用於執行 ISO 527 測試的所有設置均已預設。testXpert 中還提供了其他許多詳細資訊。

拉伸測試與其他測試方法比較

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  • 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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  • 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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