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塑料拉伸试验

ISO 527-1 -2、ASTM D638
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ISO 527标准拉伸试验的目的

在这项拉伸试验中可测定模塑材料的必要机械性能。这些特性值绝大多数用于对比的目的。

这些特性值是:

  • 拉伸应力:试样原始横截面积上所受的拉伸负荷
  • 应变:原始标距单位长度的增量
  • 拉伸模量:应变-应力曲线图中的斜率
  • 屈服点:应力-应变曲线图中斜率变化为零的点
  • 断裂点:试样断裂时的应力和应变
  • 泊松比:横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值

ISO 527-1/-2ASTM D638都对拉伸试验的试验方法进行了定义。两个标准技术等同,但是不提供完全可比较的测试结果,因为试样形状、试验速度和计算结果的方法在某些方面存在差异。

在标准的拉伸试验中,所显示的测试结果基于作用于试样上的规定拉伸速度。然而,在实际使用中作用于部件或结构上的载荷可能处于一个大范围的变形率范围内。由于聚合物的粘弹性,实际使用时的机械性能因其变化的应变速率与使用标准试样测得的结果不同。基于该原因,用拉伸试验的方法所得到的特性值对于部件设计的参考价值很小,但是为材料比较提供了可靠的数据基础。

老化试验:这种拉伸试验为表征聚合物在老化、高温、介质老化或气候老化中的机械特性值变化提供了良好的基础。为此,所探测的拉伸试验的特性值为新的模塑状态,及呈现规定的老化或气候周期后的状态下的值。

老化试验

这种拉伸试验为表征聚合物在老化、高温、介质老化或气候老化中的力学性能变化提供了良好的基础。为此,所探测的拉伸试验的特性值为新的模塑状态,及呈现规定的老化或气候周期后的状态。

满足标准ISO 527的拉伸试验的环境和试验机要求

ISO标准中定义的试样形状和尺寸

用于模塑材料测试的试样形状

测试模塑材料最重要的目的是得到高的可再现性的数据。这需要限制试样类型的数量。

  • 试样通常采用注塑成型的方法制作。标准ISO 527-2将试样定义为类型1A;而在标准ISO 3167中,试样被定义为类型A,厚度限制在4mm。在标准ISO 20753中,这些试样还被定义为类型A1
  • 注塑试样呈现了从注塑口到远离注塑口位置的逐渐降低的取向性,导致了沿着试样长度方向非连续的机械特性曲线。因此,试样断裂频繁地出现在远离注塑口的位置。
  • 试样最合适的标距长度为75mm或50mm。
  • 此外,类型1B的试样也可使用;这些试样在ISO 3167中被定义为类型B,在ISO 20753中被定义为类型A2
  • 试样基本是由压模或注塑的片材制得的。聚合物的取向性通常与那些注塑的试样有很大不同。不同形状的试样得到的结果的可比性不能保证。
  • 标距长度50 mm被定义用于类型1B试样,因为其较大的半径导致平行长度较短。

用于老化试验,介质老化试验和气候老化试验的试样

  • 试样的小横截面有利于模拟所有老化过程,老化从试样的表面开始。
  • 经常只使用最大拉伸应力来评估这种行为。不需要使用引伸计,可使用薄的和缩“腰”的试样。
  • ISO 527提供类型CP和CW用于该目的;其借鉴了冲击拉伸标准ISO 8256

定义的调解和环境条件

  • 遵守规定的调节和环境条件也就是温度和湿度对于测试结果的比较至关重要。
  • 有关调解时间长短的规范,通常请参阅材料标准的塑料准备测试章节。此外,用于模塑材料测试的试样必须保持在标准环境(标准的温度和湿度条件)中放置至少16小时才能进行测试。
  • 用于试验的标准环境参见ISO 291ASTM D1349中定义的标准环境。
    测试环境:23 ± 2 °C,50 ± 10% r.F.
    亚热带环境:27 ± 2 °C,65 ± 10% r.F.
  • 公差符合二级精度规定。一级精度的公差减半。
  • 室温通常引用了一个相对宽的温度范围,在18 °C和28 °C之间。
  • 在高温或低温条件下进行试验也是可能的,可以定义各种不同的试验要求。

试样尺寸的正确测量

  • 试样尺寸的测量能引起一个相对高的应力数值误差。当一个试样承受拉伸载荷时,测量误差将对试样所得到的应力结果呈现线性影响。当一个试样承受弯曲载荷时,试样厚度测量误差具有二次效应。 
  • 除了测量设备的读取精度,接触元件的尺寸和形式以及测量时加载于表面的力都对尺寸测量有很大影响。
  • 此外,试样的横截面常常不是理想的矩形形式。这可能是由于机械加工或注塑试样的凹陷和次要拔模角造成的角度误差。
  • 很多试验标准参考ISO 16012和/或ASTM D5947制定尺寸测量的要求和方法。有时,各个试验标准包含了另外的规定。
  • 比如,通常用卡尺来测量长度大于10 mm的硬质塑料。由于测量时的表面压力不能检测,即使卡尺的分辨率很高,测试精度也很低。
  • 试样的厚度和宽度一般用含棘轮的千分尺测量。接触面是直径为6.35 mm的圆平面。棘轮限制测量力为5-15 N。
  • 在自动系统中,厚度和宽度由横截面测量设备测量。这个测量设备在测量尺寸的过程中用四个数字测量传感器以一定的测量力通过传感器脚支撑试样。
  • 对于软质塑料和薄膜,要严格遵守测量力规定。为了达到要求,一定要使用有固定负载支持的数字厚度测量仪。

试验机要求

试验机测量两个基本数值:试验力和伸长量。作为周期性校准的一部分,基于国家标准与测量设备做比较,数据表明这些测量数值在定义的测量范围内可达到试验标准规定的精度。

试验力测量(ISO 7500-1、ASTM E4)

大多数试验标准规定测量数值的测量精度为1%。这个要求在ISO标准中被定义为精度1级。现在大多数现代试验机都达到了1级精度,或者有的达到了0.5级精度,其误差减半。因此决定性因素是试验机达到特定精度等级的测量范围。多种ZwickRoell试验机在其测量范围1\1000的范围内达到了1级精度。这意味着可以用同样的测试设定,不用重新设置仪器就可测量很多材料的模量和拉伸应力的值。

试验力测量(ISO 7500-1、ASTM E4)

大多数测试标准规定测试数据的测量精度为1%。这个要求在ISO标准中被定义为精度1级。现在大多数现代试验机都达到了1级精度,或者有的达到了0.5级精度,其误差减半。因此决定性因素是试验机达到特定精度等级的测量范围。多种ZwickRoell试验机在其测量范围1\1000的范围内达到了1级精度。这意味着可以用同样的测试设定,不用重新设置仪器就可测量很多材料的模量和拉伸应力的值。

伸长量测量(ISO 9513、ASTM E83)

除了规定的相对误差(百分比显示),测量伸长量的等级定义也包含了一个绝对误差,会在测量小伸长量时发生。
ISO和ASTM标准在这点上差别很大。

  • ISO的公差参考伸长量,ASTM直接参考应变量。
  • 此外,对于小应变的规定在ISO标准中比在ASTM标准中严格。
  • 所用的标距长度不同有时会导致测试结果有很大不同,特别是测量小伸长量时。

测量拉伸模量时的特殊注意事项

  • 如上面的表格所示,在ISO标准里1级精度对应的拉伸模量应变范围的精确度要求是±3 µm。这意味着在测量模量时从开始到结束偏差可以达到6 µm。这会造成相对大的测量误差。
  • 为了解决这个问题,ISO 527-1中增加了测量拉伸模量的附加要求。这个附加要求规定了测量拉伸模量时从模量开始到模量结束的精确度为1%。

拉伸试验按照ISO 527-1 / ASTM D638,环境试验箱温度-80°C至+250°C

在环境试验箱中-80 °C至+250 °C温度范围内进行塑料测试

在要求温度下(特别是ISO 527-1、ASTM D638),使用makroXtens引伸计对塑料、橡胶、弹性体和纤维增强复合材料进行材料和部件测试。

testXpert III - ISO 527-1(ASTM D638)标准的塑料拉伸试验

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拉伸试验与其他试验方法比较

拉伸试验与其他试验方法比较

弯曲试验(ISO 178、ASTM D790)
拉伸蠕变试验(ISO 899-1)
冲击拉伸试验(ISO 8256、ASTM D1822)
高速拉伸试验(ISO 18872)
弯曲试验(ISO 178、ASTM D790)

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  • 执行弯曲试验的加载速率与拉伸试验相似,因此能提供相似的材料特性。
  • 弯曲试验的一个主要优点是能相对简单地测量试样的小应变。正因为如此,弯曲试验长久以来都是理想的测量模量的试验。
  • 然而,由于高精确度且方便使用的引伸计现在很普遍,弯曲性能的这种特性优势变小了。
  • 按照试验方法,弯曲试验能更准确地表征试样表面的材料条件。如果材料有很强的取向性,结果的测量值与拉伸试验相比具有差异。
  • 试验标准中所叙述的计算方法涉及到测量误差,当试样变形变大时,测量误差也增大。由于这个原因,不同于拉伸试验,弯曲试验仅能用于小应变试样。
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拉伸蠕变试验(ISO 899-1)

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蠕变试验是在连续拉伸载荷下进行的。加载速率几乎为零。应变变化显示为一条蠕变曲线。

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冲击拉伸试验(ISO 8256、ASTM D1822)

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  • 这个试验使用摆锤冲击试验机进行,提供了一种简单的方法来探测在高载荷加载速率时的拉伸特性。
  • 采用传统的摆锤冲击试验机仅能探测冲击能量值,摆锤的冲击速度一般限制在约3.8 m/s。一台仪器化摆锤冲击试验机能测定其他特性参数,如:最大拉伸力。
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高速拉伸试验(ISO 18872)

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高速拉伸试验可以采用落锤冲击试验机或液压高速拉伸试验机来执行。冲头的落下速度可以达到20 m/s。此外,可以直接在试样上进行延伸测量,能够生成直观的应力-应变图。高速拉伸试验也能提供有价值的碰撞模拟参数。

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