拉力试验机测试塑料制品拉伸试验的分析

更新时间:2017-02-08 来源:拉力试验机关闭

        随着科学技术的发展,各种新型材料层出不穷,尤其是高分子材料在近些年有了吃速的发展。塑料作为其分枝,已广泛应用于国民生产、生活的各个领域,在某些领域已经取代木材、金属材料。为了使塑料及其制品能够安全可靠地使用,对其性能检测是非常必要的,其中力学性能检测是一个重要方面,包括拉伸、弯曲、冲击性能等。影响塑料拉伸试验结果的因素有许多,材料本身属于内在因素,如组分、相对分子质量及其分布、分子结构、分子取向程度、内部缺陷等;外在因素包括试验设备、试样的制备、试样装夹、试验环境、拉伸速率、数值的修约、操作人员等。因此,试验必须充分考虑并严格控制与试验结果有关的因素,试验结果才具有可比性和准确性。济南万测针对影响塑料制品拉伸试验结果的因素进行了探讨。

    1、影响塑料拉伸试验结果的因素

    1.1试验设备

        塑料拉伸试验采用拉力试验机,也称为拉力试验机,满足标准:GB,ISO7500/1,JJG475-88,ASTME4,DIN5122,JISB7721/B7733,EN1002-2,BS1610,CNS9471/9470

    拉力试验机广泛摘用于各类橡塑胶、鞋类、皮革、服装、纺织、绝缘体、端子...等各类材料,测试其拉伸,撕裂,剥离,弯曲等材料研发,检验测试,功能其全,用途广泛。它是测试塑料力学性能的仪器。拉伸试验采用标准形状的试样,在标准状态下测定塑料的拉伸性能。试验可测试塑料的拉伸力、拉伸强度、拉伸屈服强度、断裂伸长率、断裂强度、拉伸弹性模量等参数。

        影响拉伸试验结果的因素主要有:测力传感器精度、速率控制精度、夹具、同轴度和数据采集频率等。测力传感器是拉力试验机的核心部件。它的精度直接影响试验数据和偏差,一般要求传感器的精度在0.5%以内。拉伸速率要求平稳均匀,速率偏高或偏低都会影响拉伸试验结果。夹具的设计主要有手动和气动两种,夹持片材试样的夹具要求随着拉力的增大,夹紧力亦增大,但不能造成试样变形损坏。拉力试验机的同轴度不好,拉伸位移将偏大,拉伸强度测试结果偏小。试验数据采集的频率也要适中,否则,将影响试验结果,峰值偏小。

    1.2试样的制备

        拉伸试验要求试样做成哑铃形或矩形。制样方式有两种:一种是用原材料制样;另一种是从制品上直接取样。

        用原材料制成试样有儿种方法:模压成型、注塑成型、压延成型或吹膜成型等,每种制样过程都要符合相关的标准。但不同方法制样的试验结果不具有可比性。同一种制样方法,要求工艺参数,如模具结构、成型温度、成型压力、冷却速率以及工艺过程也要相同,否则,塑料在成型过程中的微观结构,如结晶度、分子取向等将有较大变化,直接影响试验结果。塑料原材料压片或成膜后,再用制样机和标准切刀制成标准试样。制样切刀要规范锋利,否则,试样会有毛边或划损等缺陷。其次,试样的尺寸规格要一致,试样的厚度不同,试验结果也不同。厚度大的试样,试验结果偏小。图1为聚乙烯(PE)试样在拉伸速率为100 mm/min时,厚度与拉伸强度的关系田。由图1可见:试样厚度越大,试验测得的拉伸强度越低。由于试样越厚,使得缺陷的概率越高。这也符合聚合物的微观缺陷理论。

        常用的制样方法,大多数采用机械加工的方法从塑料制品上取样,然后在哑铃制样机上制成I型试样。这种方法的优点是简便易行。但这种方法最大的缺点是测试结果误差太大。根据GB12001.3-89和GB 1039规定:用机加工或冲模制样,试样边缘不得有缺口和毛刺等缺陷,加工时不应使试样受到过分的冲击、挤压和受热。加工面应光洁。哑铃制样机从原理上属于冲模制样的方法。其制样过程必然受到挤压和冲击,并且加工面(冲切面)亦很难保证光洁。实践结果表明:对于用冲模制样与铣床机加工制样,测试结果出入很大,严重时只相当于后者的一半。

    1.3试样装夹

        在拉伸试验时,不容许试样受到偏心力的作用。因为它会使试样产生附加弯曲应力,从而造成试验结果的偏差。对于脆性材料,由于在拉伸过程中试样的变形,使得拉伸的施力线与试样的轴线不重合,偏差更为显著。造成试验时产生偏心力,除了拉力试验机的构造不良,还有可能试样本身形状不对称、夹头构造和安装不正确等因素。因此,在夹具夹持试样时,要使试样纵轴与上下夹具中心线重合,且松紧适宜,以防比试样滑脱或断在夹具内。

    1.4试验环境

        影响塑料拉伸试验结果的环境因素主要是温度和湿度。GB/T1040.2-2006规定:标准实验室环境温度为(23±2 )℃,相对湿度为45%~55%。

        热塑性塑料的拉伸性能测试受温度的影响较大。伴随着温度上升,塑料将由硬脆型向黏强型转变,拉伸强度和拉伸弹性模量变小,而断裂伸长率将变大。图2反映了聚氯乙烯(PUC)的拉伸强度、断裂伸长率与温度的关系。

        相对湿度一般对吸水率比较大的塑料影响较大。有些塑料吸水后,水分子在内部起到了偶联剂和增韧剂的作用,从而影响塑料的刚性和韧性。湿度对聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、乙酸纤维素等热塑性塑料的影响较大四,试验曲线见图3。而对吸水率小的塑料,受湿度的影响较小。

    1.5拉伸速率

        在拉伸试验时,拉伸速率变化,其力学行为也将发生改变。一般情况下,拉伸速率快,拉伸强度增大,而断裂伸长率将减小。这是因为塑料属于黏弹性材料,它的应力松弛过程与变形速率紧密相关。应力松弛需要一个时间过程,当低速拉伸时,分子链来得及位移、重排,塑料呈现韧性行为,表现为拉伸强度减小,断裂伸长率增大;当高速拉伸时,分子链段的运动跟不上外力作用的速率,塑料呈现脆性行为,表现为拉伸强度增大,断裂伸长率减小。

    表1说明了拉伸速率与PVC拉伸性能的关系。图4反映了拉伸速率对PVC拉伸性能的影响。只有拉伸速率相同时,试验结果才具有可比性。

    1.6数值的修约

        数值的修约是整个试验过程中的一个重要环节,因此,与试验结果的精确度有着密切的关系。目前塑料拉力试验机多数由计算机控制,数据处理已程序化,但是有些数据还是依靠人为测试和计算的,如试样尺寸、位移变化、伸长率及脱机试验等。对试验测定和计算所得的各种数值常常要进行修约。关于数值的修约,应遵循国家标准规定的规则:4舍6入5看右,右边有数应进位,右边无数再看左,奇进偶不进。在测试过程中出现的异常情况,如超大或超小的数据,相应地舍去,再补充相应试验要求的试样个数。

    1.7操作人员

        试验的整个过程都是在人的操作和控制下进行的,人为因素不可避免地会影响到试验结果。即使有实践经验的人员操作,每次试验结果也都不会完全一致。人为因素涉及到取样、制样过程、试样的处理、试验过程、数据处理等。

    2、结语

        影响塑料拉伸试验结果的因素很多,除许多内在因素,如塑料成分、相对分子质量及其分布、分子结构、内部缺陷等直接影响拉伸性能外,还有许多外在因素,如拉力试验机、试样的制备、试样装夹、试验环境、拉伸速率、数值的修约、操作人员等,这些因素最终将影响试验结果。因此,试验人员必须具有高度的责任心,严格执行试验标准和操作规程,才能消除影响试验结果准确性的因素或降低其影响程度,获得准确的试验结果。

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