D2990译文.doc

塑料的抗拉、抗压及挠性蠕变和蠕变断裂强度的标准测试方法这个标准是在D2990确定之后发布的。标识后紧跟的数字代表了最初通过的时间或者修订情况下最新修订版的时间。括号里的数字代表了最新的重新审批时间。上标希腊字母代表了重新修订或重新审批后的版本变化。这个标准已经被国防机构部门批准使用。1、 范围1.1、 这些测试方法宝库在特定环境条件下塑料的拉伸变形、弯曲变形及蠕变断裂的测定。（见313）1.2、 这些测试方法概述了使用三点支撑法测试挠性蠕变，正如在D790中所概述的四点支撑法（很少使用）在同样的设备和原则中同样可以被使用。1.3、 对于蠕变断裂的测试，拉力是首选的压力模式，因为一些柔韧性的塑料破裂时不发生弯曲或者压缩。1.4、 通过这些测试方法获得的用于工程设计的测试数据是相关的和合适的。1.5、 国际标准单位中规定的值认为是标准，括号里的值仅仅用作参考。1.6、 这个标准并不旨在解决所有的安全问题,如果有的话,与其使用相关。在使用之前，用户有责任制定适当的安全和健康行为的练习，并且确保监管限制的适用性。在682中有一条专门的警告条款。注意1这个标准与ISO899在内容上很相似，但并不相等。2、 参考文件2.1、ASTM标准：D543塑料耐化学腐蚀性能的试验方法D618试验用塑料和电绝缘材料的状态调节方法D621塑料负荷变形的试验方法D638塑料拉伸性能的试验方法D695塑料拉伸性能的试验方法D790未增强和增强塑料及电绝缘材料的挠曲性的试验方法D1822对断裂塑料及电绝缘材料的拉伸冲击能量的测试方法D2236对扭曲塑料的动态力学性能的测试方法D4000塑料材料的分类系统说明D4968塑料的规格和试验方法的年度审查指南3、 术语3.1本标准特定术语的定义3.1.1蠕变模量最初的外加应力与蠕变应变的比值。3.1.2蠕变应变在任何给定时间内，蠕变实验过程中通过外加应力产生的总应变。3.1.2.1讨论蠕变这个术语，在整个测试方法中，反映了当前通用塑料的工程应用。在科学实践中，蠕变通常定义为应变的非弹性部分。然而，这个定义并不适用于现有的工程公式。塑料有一个很宽的滞后时间谱并且在实际中应变的弹性部分不能从非弹性部分区分开。因此，在这些测试方法中提到的应变，指的是弹性应变和随时间产生的应变的总和。3.1.3形变通过压缩、挠曲或伸展导致的实验材料的形状、大小或者位置的改变。3.1.4压缩在压缩蠕变实验中，试样单位长度上的减少。3.1.5挠曲在弯曲蠕变实验中，试样中间部分的变化。3.1.6伸展在拉伸蠕变实验中，试样单位长度上的增加。3.1.7长径比等截面的试样的长度与它的最小的回转半径的比；对于等矩形横截面的试样，回转半径是小横截面尺寸的0.289倍；对于等圆形横截面的试样，回转半径是直径的0.250倍。3.1.8应力在拉伸或压缩蠕变中，指的是外加载荷与初始截面积的比；在弯曲蠕变中，最大的纵向应力的计算参照测试方法D790.4测试方法的概要4.1 这些测试方法包括了测量拉伸或压缩随时间的变化和随时间的破裂，或者一个失败的样品在特定的环境下受到恒定的拉伸或压缩载荷。5意义和用途5.1从蠕变和蠕变断裂实验的道德数据对于预测材料在长期载荷作用下的蠕变模量和强度以及预测在这种载荷下材料可能出现的尺寸的变化是必需的。5.2从这些测试方法得到的数据可以用来：（1）比较材料，（2）组装零件的设计，（3）在恒定载荷下描述塑料的长期性能，（4）在某些情况下，用于说明。5.3在这些测试开始之前，说明被测材料的参考文件应该被制作出来，任何样品的制备、调节、尺寸、及在材料说明中涵盖的试验参数都应该比那些在这个测试方法中提到的优先，除了会与进行测试目的相冲突的情况。如果没有材料的说明，那么使用默认条件。6仪器6.1拉伸蠕变6.1.1夹具该夹具和抓我技术的设计应计量减少试样的偏心负荷。旋转座椅和万向节使用的时候应该超过试样的两端。6.1.2建议在施加载荷之前在夹具的允许范围内使试样最终定心。在载荷施加还没有合适期间，允许试样在夹具内有一点位移。6.2压缩蠕变6.2.1砧座平行的砧座被用来向松散型的试样施加载荷（见8.2）。为了使载荷可以均匀的施加在试样表面，机器的一个砧座应该能很好的自动对准，并且被安排成能够使试样精确的居中和使载荷的合力通过试样的中心。适当的布置将会在测试方法D621的图1和图2中呈现。6.2.2导向管当测试细长型的是试样是，使用一根导向管和固定装置来防止屈曲。合适的布置如图1所示。导向管是厚3.2mm（0.125英寸）的40号不锈钢管接头，长约150mm（6英寸），内径扩大至6.8600.025mm（0.2700.001英寸）。6.3弯曲蠕变6.3.1试验台一个刚性的试验台用来支撑试样的两端，试验台支撑跨度应等于试样厚度的16（+4，2）倍。为了避免试样的过度压痕，支撑体的半径应为3.2mm(0.125英寸)。为了试样的重量载荷，在试样中间跨度部分的下边应留有足够的空间。6.3.2镫形铁在测试试样上面安装一块镫形铁，通过它可以使在中间跨度的要求的载荷暂缓提供弯曲载荷。为了防止镫形铁下面的应应力集中而产生过度压痕或失败，镫形铁的半径应为3.2mm(0.125英寸)。镫形铁和负重之间的连接方式应该避免由于错位和台子不平所引起的不均匀载荷。6.3.3图2展示的是一个合适的装置图。图2.弯曲蠕变测试装置6.4装载系统装载系统的设计必须满足对试样施加和维持载荷与要求载荷相差在1%内。这个装载装置必须可以像11.3中提到的一样可以重复地快速和平稳施加载荷。在蠕变断裂测试中，方法必须被制定来确保由试样失败所引起的冲击载荷不会转移到其它正在测试的试样上。6.4.1需要精心设计这个装载系统来提供机械优势在整个测试过程中维持恒定的载荷。例如，杠杆系统必须被设计为在整个测试过程中，载荷不会随着杠杆臂的移动而改变。6.5伸展、压缩和挠曲测量6.5.1标距长度的试样的伸展或压缩可以使用不会通过机械（不良形变、凹痕等）、物理（加热试样等）或者化学效应影响试样行为的任何装置来测量。更好的应该直接在试样上测量伸展，而不是通过夹具间隔。砧座位移倍用来测量压缩。若伸展尺寸是通过夹具分离测量的，合适的修正因子应该被确定，以便标距长度内的张力可以计算。这些修正因子依赖于试样的几何形状和它的拉伸行为，并且它们必须相对于这些变量来测量。6.5.2试样中间跨度的挠曲的测量应使用千分表（把它的加载弹簧拆下，测量脚和镫形铁固定在一起）或者高差计。6.5.3变形测量装置的精确性与测量的变形的相差应在1%内。6.5.4变形测量装置的校准应该依靠精密螺旋观微仪或在与试验中遇到的情况尽可能相同的条件下合适的标准。在使用校准随时间漂移和依赖于温度和湿度的变形测量装置时，谨慎是必不可少的。6.5.5变形测量装置应牢固的吸附或压在样品上面以防止出现滑移。电阻计仅仅适合在材料测试允许与试样完美的粘合和它们与6.5.1一致的条件下使用。6.6时间测量时间测量设备的精确性应与破裂或失效时间或者各蠕变测量经历时间（或两者都有）相差不超过1%。6.7温度控制和测量6.7.1测试空间里的温度，尤其靠近试样标距长度的部分，应通过一个合适的自动装置是温度固定在2，并且结果报告中说明。注意2与实验过程中小的温度改变有关的热收缩和膨胀可能使表观蠕变速率发生改变，尤其是靠近转变温度时。6.7.2在整个实验过程中，必须小心谨慎的确保试样的标距长度上的温度测量的精确性。温度测量装置应定期依照温度标准进行检查并且应指出试样标准区域的温度。6.7.3温度测量应频繁间隔测量或连续记录以确保平均测试温度的准确测定和与6.7.1相符。6.8环境的控制和测量6.8.1当测量环境为空气时，在整个测试过程中相对湿度应维持在5%，除非有其它规定说明或者除非实验材料的蠕变行为已经被证明与湿度没有关心。该控制和测量仪器应长时间间断测量和精确到1%以内。（在温度超出1040（50到100）范围之外的相对湿度的控制是比较困难的）。6.8.2测试环境的构成在整个测试过程中应保持恒定。警告：安全防范措施必须被使用去避免人身接触，去消除有毒气体，并且根据正在使用的特定环境中任何可能的危险性防范爆炸危险。6.9振动控制蠕变测试对于冲击和振动是非常敏感的。设备的位置，测试装备，和安装应该倍设计成方便试样与振动的分离。多工位测试设备应具有足够的刚性以便于在蠕变或蠕变断裂测试过程中设备上没有明显的挠曲出现。在直到破裂或失效测试中，意味着要防止从其他测试试样通过下落载荷所产生的振动，一个失败的测试样品，在它下落过程中要用一个合适的网或者垫子接着。7试剂7.1试剂的纯度试剂级化学品必须在整个测试过程中使用。除非另有说明，其目的是所有的化学试剂应符合美国化学学会委员会所规定的规范，在哪里可以得到这样的规范4。只要是第一次查明试剂是允许的足够高纯度的，并且它的使用不会减少测定的精确性，其它等级的试剂也是可以使用的。7.2水的纯度除非另有说明，提到的水应倍理解为蒸馏水或等于纯度的水。7.3制定的试剂这个测试方法应该引进一个材料规范，特定试剂的使用应符合规范中的规定。7.4标准试剂标准试剂的清单可以在测试方法D543中获得。8测试样品8.1 测量拉伸蠕变的试样应该是测试方法D638中制定的型或型。除了这些，测试方法D1822中的试样规范可以用来测定蠕变断裂。标签可以通过修改去适应夹具，如同6.1.1中提出的夹具夹持要求。8.2松散型的试样进行压缩蠕变测试可以按照测试方法D695中描述的方式进行合适的准备，长度应该有所增加以便于长径比可以位于11到15之间。标准试样的形状应该是直的圆柱或棱柱。最佳的试样横截面边长为12.7*12.7mm（0.50*0.50英寸）或者直径为12.7mm（0.50英寸）。试样的表面应该水平和平行。8.3测量压缩蠕变的试样，需要使用6.2.2中规定的导向管，形状应该是边长为4.8500.025mm（0.2700.001英寸）对角线为6.8600.025mm（0。2700.001英寸）的方形截面的细长条。试样的长度应为51mm，垂直于侧面的两端经过加工。8.4测量弯曲蠕变的试样应该是符合测试方法D790截面5的要求矩形条。最佳试样的尺寸应为63.5*12.7*3.18mm（2.5*0.5*0.125英寸）或者为127*12.7*6.4mm（5.0*0.5*0.25英寸）。试样的精密公差和跨度大小不是关键，只要试样的实际尺寸用于计算负荷使用。8.5试样可以通过注塑、压缩模塑法、从片材机械加工或者其它组装形式得到。当测试的目的是为了获得设计数据时，样品制备的方法应与应用程序中使用的相同。8.6从片材制备样品时应从同一方向切割。若果材料被认定为各向异性的，应从片材的两个主要方向切割一组试样进行试样。8.7在测试之前，应在室温下使用合适的精确到0.025mm（0.01英寸）和0.005mm（0.002英寸）的千分尺进行测量试样的宽度和厚度，在标距长度或跨度之间分别地测量五个或者更多的点。8.8在材料尺寸已知的情况下，由于单独特殊的环境造成了明显的改变（例如，一些热固性塑料由于在升温过程中的后固化造成的收缩），须作出测试在试样旁边的卸载控制试样以便于对改变作出补偿，而不是对蠕变补偿。至少三个控制试样在每个测试温度下进行测量。8.9在一个单一温度的蠕变测试中，试样在每个应力下测试的最少数目为：如果有4个或更多水平的应力应测试2组；如果使用的应力数目小于4个则应测试3组。8.10在蠕变断裂试验中，最少两组试样应在如10.2.1中指定的每个应力水平和每个温度下进行测试。注意3通过整整十年的随时间断裂的变化中的一半得到的蠕变断裂的数据是相当可观的，成为了典型。因此，在每个应力水平测试超过两组样品是必须的，以获得令人满意的结果。9条件9.1按照方法D618中步骤A所要求的条件，在距测试至少40小时之前，调节所述测试样品在232（73.43.6F）和505相对湿度。9.2试样在被测试之前应在测试环境中预处理至少48小时。蠕变特性被怀疑受水分影响的材料应在测试之前保持测试条件的水平衡。10测试条件的选择10.1测试温度蠕变和蠕变断裂测试温度的选择依赖于测试结果的预期用途，并按如下要求：10.1.1为了表征材料，选择两个或更多的测试温度以覆盖有用的温度范围，通常是在升温的条件下，以一个合适的增量，反应材料的蠕变变化随温度和材料转移的影响。注意4-为了选择测试温度的一种用于测量高温反应和过渡的有用的方法是测试方法D2236。10.1.2为了获得设计数据，测试温度和环境应与预期的最终用途的应用程序相同。10.1.3为了获得应力1应变1000小时（见10.3.2）或其他简单的物质上的比较，如数据表，从以下选择测试温度：23，50，70，90，120和155。这些温度从规范D618中的标准温度列表中选择得到。10.2蠕变断裂：10.2.1在每个测试温度下，至少选择做7个应力水平蠕变断裂实验，以便大约在如下时间产生破裂：1，10，30，100，300，1000，和3000小时。10.2.1.1这些测试的目的是找到每个测试温度下的应力破裂与时间破裂的曲线，通常称为“蠕变断裂峰”，它表示在实验温度下材料的承压能力的极限。对于长期性能的预测，例如，在部分的设计，将承受恒定载荷半年或更长的时间，通常测试时间长于3000 h是必需的，特别是在材料的耐热老化可能发生的地方温度升高时，并在侵蚀性环境中，这两者都可以极大地影响蠕变断裂。10.2.2对于失败严重（也就是有可忽略的屈服，吸引或流动）的那些塑料的测量和报告随时间到破裂情况。对于那些屈服，吸引或流动开始明显早于破裂的材料，测量和报告第三阶段蠕变开始的时间，应该被认为是随时间破裂的时间并且应该进行测量和报告。对于那些屈服，吸引或流动的材料，蠕变应变必须有记录器进行测量。10.3蠕变10.3.1为了获取设计数据或表征材料，选择压力水平如下：10.3.1.1对于显示线性粘弹性的材料，也就是说，连续的蠕变模量与时间的关系是叠加在彼此之上不同的应力（玻尔兹曼叠加原理），在每个感兴趣的温度下至少选择三个应力水平。10.3.1.2对于明显受应力影响的材料，在每个感兴趣的温度下至少选择五个应力（更多更好）。10.3.1.3选择应力水平约递增到1000小时的蠕变断裂应力：应力水平高于7兆帕（1000 psi）到最近的3.5兆帕（500 psi）；应力水平低于7兆帕（1000 psi）到最近的0.7兆帕（100 psi）。10.3.1.4不要使用在小于1000小时的蠕变试验中产生失效的应力水平。10.3.2对于简单材料的比较，例如数据表等，确定在1000小时内产生1%应变的应力。通过选择多个的负载产生大约1%的应变（在1000小时内大于1%或小于1%）并且绘制1000小时等式应力应变曲线，从中我们可以运用内标法来算出产生1%应变时的应力。注意5-应力-应变等时曲线进行蠕变试验与在某一特定时间的蠕变应变应力的直角坐标图，在本实验中是1000小时。由于从每个蠕变试验中只能得到一个等时点，所以通常需要测试至少三个应力水平的蠕变试验以获得一个等时图（图3）。11.步骤11.1安装一个正确的空调和测量试样的夹具，压缩蠕变夹具，或弯曲蠕变机架。如果有必要，以同样的方式将一个适当的条件和测量的控制试样与试样一起。11.2将变形测量装置固定在样品上（对照样品），或者，如果是光学测量装置，安装好准备测量。对扩展或偏转进行初始或基准测量。11.2.1如果变形测量装置的固定会扰乱测试环境，那么在安装测试样品之前安装变形测量装置。11.3最好在1到5秒内将全部的负荷快速和平稳地加到样品上。在任何情况下加载时间不能超过5秒。从加载开始开始计时。11.4如果使用环境保护剂，则在装载后立即将其应用于试样的整个长度。11.4.1如果所使用的环境保护剂是挥发性的，覆盖样品延缓挥发而不影响施加的负荷，应定期补加挥发性药物。注意6对于液态环保试剂用棉签、薄膜或其他装置包装或密封试样的标距或跨度周围，并且用液体试剂使药钱饱和。11.5测量扩展压缩试样按以下近似时间安排：1，6，12，和30 min；1，2，5，20，50，100，200，500，700，和1000小时。对于蠕变试验超过1000小时的，至少每个月都要测量变形。11.5.1如果在蠕变试验中蠕变应变随时间点的变化的不连续的受到质疑或是偶然的，那么试验读数应该比预计更加频繁。11.6测试温度，相对湿度等其它环境因素和控制样品的变形与测试试样的变形均按照相同的时间表。11.7试验阶段完成后无破裂，快速、平稳地拆除负荷。注意7如果需要，在施加负荷时可以按照11.5中的时间表启动恢复测量。按照12.2所述计算恢复应变。12计算12.1对于拉伸或压缩测量值，通过缩减部分的平均初始横截面积除以负载计算得到的每个样品的应力以兆帕为单位（或磅每平方英尺）。12.1.1对于挠曲测量值，计算每个样品的最大纤维应力，以兆帕为单位（或磅每平方英尺），计算如下：S=3PL/2bd2 其中S代表应力，兆帕；P代表负载，牛顿（磅）；L代表跨度，毫米（英尺）；b代表宽度，毫米（英尺）；d代表深度，毫米（英尺）。12.2对于拉伸或压缩的测量，计算应变除以在11.5由条件试样的初始计长度指定的时间的扩展或压缩，乘以应变的100，以获得百分应变。12.2.1对于弯曲测量值，计算出在中间跨度的最大应变的外纤维如下：r=6Dd/L2 其中r代表最大应变，毫米/毫米（英尺/英尺）；D代表中跨最大挠度，毫米（英尺）；d代表深度，毫米（英尺）；L代表跨度，毫米（英尺）。应变乘以100，获得百分之应变。12.3当材料只因环境而显示出显著的尺寸变化时，根据结果的预期使用，可以用如下方法：12.3.1在相同的时间和温度下，通过测量在三个无载对照样品的平均变形代数相加，校正在负载下变形的每个测量。用于拉伸测量的对照样品的收缩应考虑正（+）;扩张应被视为负（ - ）。用于压缩测量控制试样的收缩应被视为负（ - ），膨胀正极（+）。用于弯曲测量的对照样品的向上偏转应考虑正（+）;向下应被视为负（ - ）。计算修正形变使用由于环境产生的尺寸变化的变形。修正应乘以你100获得修正百分之应变。12.3.2由于结果的预期使用，如果不希望修正只因环境造成的明显的尺寸变化的负荷下的变形，用12.2或12.2.1计算得到的应变应成为未修正应变。按照12.2或12.2.1通过对照样品的平均变形计算由于环境造成的的应变变化，乘以100得到由于环境造成的百分之应变改变。用于拉伸测量的对照样品的收缩应考虑正（+），膨胀负（ - ）。用于压缩测量对照试样的收缩应被视为负（ - ），膨胀正极（+）。用于弯曲测量的对照样品的向上偏转应考虑正（+），向下负（ - ）。12.4通过用初始应力除以在11.5中规定的时间的应变，计算单位蠕变模量，以兆帕为单位（或每平方英寸）。注意8对于材料的比较而言，蠕变模量随时间的变化不仅将实际材料分类，而且还为许多设计方程提供了弹性模量（见图4）。12.5在每个温度下，计算应力对数随时间破裂或失败的对数的最小二乘回归方程。从回归方程中计算在1000小时的应力破裂或失败，以兆帕为单位（或磅每平方英寸）（见图5）。12.6为了计算在1000小时产生1%应变的应力，绘制每个温度下的1000小时等时应力-应变曲线，用内插法计算1%应变时的应力。1000小时的等时应力-应变曲线是通过不同应力下的蠕变曲线（至少三个，更多更好）而得到的，这些曲线是在不同的应力下由1000小时的变形值计算得来的应力-应变曲线。12.6.1为了分析或特殊的设计情况，包括相对短时间的负荷和材料在这些时间内显示明显的蠕变，等时应力-应变曲线也可以绘制超过1000小时的。但是一般对于长时间的负荷，蠕变模量曲线更有用。13报告13.1报告如下信息：13.1.1描述测试材料，包括组成、制备、制造商、商品名、代码号、制造日期、成型的类型、退火等所有相关信息。13.1.2蠕变测试时间，13.1.3测试样品的尺寸，13.1.4测试方法号和修正时间，13.1.5预处理和描述的测试条件，包括相对湿度、温度，以及浓度和空气以外的环境的组合物，负载的使用，加压的方式等。13.2对于每一个测试温度，在应力为常数的条件下，绘制在负载下应变（以百分数表示）对数随时间（以小时表示）对数的曲线（见图6）。13.2.1当负载样品的变形值已被没负载的对照样品修正，在负载想绘制修正应变（%）对数随时间（h）对数变化的曲线，同时在同一张图上绘制出仅由环境造成的平均尺寸改变（%）随时间对数变化的曲线。13.2.2当仅由环境造成的变形有明显的变化时，但是由于结果的预期使用不需要修正在负载下的变形，所以绘制在负载下未修正的应变（%）对数随时间（h）对数变化的曲线，并在同一张图上绘制对照样品的平均应变变化（%）对数随时间对数变化的曲线。13.2.3当仅因环境改变而导致材料显示出明显尺寸变化时，由蠕变数据（如蠕变模量或等式应力-应变曲线）计算得到的任何性能根据所使用的方法应该被标记修正或未修正。14精度和偏差14.1试图开发用于这些试验方法的精度和偏差声明都没有成功。基于这个原因，精度和偏差数据不能给出。任何想要参与到精度和偏差发展的人应该联系小组委员会主席，D20.10（第D20.10.24），ASTM，100巴尔港车道，西康舍霍肯，宾夕法尼亚州19428-2959。信息9-这些测试方法与前一版中的精密度数据被判定为无效，因为他们是基于产生不足数据的循环赛。可用实验室内数据仅设置2到4个总自由度，实验室之间的数据仅根据2到4个实验室。14.2 对于这些测试方法，测量偏差没有公认的标准。15. 关键词15.1 蠕变 蠕变破坏 塑料附录（非强制性的信息）X1.简介X1.1因为粘弹性材料的性质取决于时间，温度以及装载速率，瞬时的测试结果无法预计显示一种材料如何表现在延长的时间周期里受到应力和变形。因此，模量和强度的数值可以在一下条件下获得（应力，时间等等），该模拟的最终应用可以在工程设计中使用。X2.蠕变曲线X2.1 蠕变试验测量尺寸变化即在恒定静载荷一段时间下发生的，然而蠕变破坏试验测量的是在恒定载荷下破坏的时间。蠕变是一种材料在恒定载荷（应力）下的渐变形变。恒定载荷被施加到选定装载的构造的样品上（例如：张力，弯曲或压缩）在恒定的温度下，形变被测量为温度的函数。X2.2 随着施加载荷的初始快速伸长率（e o）（e o被认为是由弹性ee和塑形(ep)组成的），接下来发生：X2.2.1 蠕变速率随时间快速降低（初级蠕变，第一阶段），然后X2.2.2 其达到稳定值（二级蠕变，第二阶段），接着X2.2.3 快速增长和断裂（三级蠕变，第三阶段）信息：X2.1-这是一种理想化曲线。一些材料没有第二阶段，并且三级蠕变发生在韧性材料的大应力下。信息：X2.2-由于样品在横截面积下的伸长及减少，应力轴增加。因此，在恒定载荷蠕变测试中，第三阶段的开始显示了恒定压力下的测试（见图X2.1的虚线）。信息：X2.3-在一些术语中，瞬时应变（eo）常被称为第一级，在这种情况下，蠕变有四级。X2.3 应变，显示为eo,，发生瞬时施加载荷。即使施加应力低于屈服应力，某些应变是无法恢复的。尽管这种应变不是真的蠕变，但它很重要，因为它构成了相当大的分数在设计允许的总应变中。因此，它应该包括特别的蠕变模量在所有的计算中。信息：X2.4-其中瞬时应变是在总应变中减去的，蠕变曲线必须在时间/应变坐标原点开始。图X2.1 蠕变曲线信息：1-蠕变数据变为瞬时，初级，二级阶段的分离取决于时间尺度的情节。信息：2-ee, ep, e o这些参数使用这些测试方法（见信息5）无法获得。但是，这些因素可以被分别定义为对应力分析的追求。任何这样的定义可以或多或少任意相对于时间依赖的材料行为。X2.4 由于长时间参与，蠕变曲线通常绘制在对数尺度，这些数据一般是线性的。三条曲线如图X2.2，X2.3，X2.4所示就是例子。X2.5 当应力水平增加到蠕变模量时将会降低。图X2.2PTFE的拉伸蠕变曲线在650磅，23的蠕变应变与时间信息：1-（模量=应力/总蠕变应变）图X2.3 蠕变模量对时间图X2.4 蠕变模量对时间的对数坐标X3 蠕变强度与蠕变断裂X3.1 报告中的强度数据，我们常说的蠕变强度和断裂强度（蠕变断裂）。X3.2 最小的蠕变速率（斜率dE /dt）是最重要的参数之一。一种条件（例如：喷气发动机材料）是需要来产生蠕变速率为0.0001%E/h或者1%E/10000h的应力，图X3.1阐述了蠕变速率的重要性。X3.3 蠕变强度被定义为应力在该每小时产生固定量的稳态蠕变率在百分之一给定的温度（见图X3.2）。X3.4 断裂强度被定义为应力在给定的温度，以产生断裂的时间（小时）的固定量（见图X3.3）。X3.5 应力 - 断裂试验基本上类似于蠕变试验不同之处在于它一直继续，直至材料破坏。因为施加更多的载荷，蠕变速率更快并且材料的破坏在更短的时间（通常在1000小时内终止）。此测试的有用之处在于可以在安全函数内执行蠕变测试。由应力断裂实验获得的基础信息是在指定的压力下的时间对破坏。基于这种数据，一个安全应力可以被确定低于该安全操作，给定的最终用途的时间要求。蠕变断裂函数的结构如图X3.4所示。应变绘制成通过连接破坏点的不同压力等级的时间函数（在建立破坏点之前记住对于韧性材料，没有突然破坏，在这种情况下，第三阶段的蠕变发端可能更合适）。此破裂函数可以被创建（见图X3.4）（此蠕变函数曲线可以用于预测长期行为）。图X3.1蠕变速率图X3.2蠕变强度图X3.3断裂强度X3.6绘制蠕变断裂应力对破坏时间的数据图，在某些方面能直接用于设计。（见图X3.5）注意1 像蠕变断裂曲线，蠕变模量的值可以通过应力比上测量得到的应变获得。当出于设计目的需要模量时，这些正切模量可以被使用。图X3.5多种塑料的蠕变断裂应力对时间的曲线图X3.7最后，当测量时，下面的这些东西需要考虑：X3.7.1测量伸展能力的图案（如果已连接）应具有足够的分辨率，不应在任何情况下使样品失真。X3.7.2施加应力是应该迅速地、平稳地并且要持续地。X3.7.3若果预计试样将会发生尺寸的变化（湿度影响，后固化，结晶度的变化，等等），那么蠕变实验必须进行对照实验，在没有压力的情况下研究它的影响，并对蠕变数据进行补偿。X4数据介绍X4.1在一个连续的应力-应变-时间图中，蠕变曲线可以以一种综合的方式变现出来，如图X4.1.图X4.1连续的应力-应变-时间坐标图X4.2在不同应力下得到的一组蠕变曲线，有可能通过在固定的时间点（0,1,10,100h）画线来构造出同步的应力-应变曲线。所得曲线就是等时应力-应变平面图。另外，可以从等时曲线开始，并建立蠕变曲线。4.3等时实验X4.3.1一个应力（低于屈服应力）施加任意的时间周期t（最少是加载时间的10倍），并测出应变在时间t的值。X4.3.2然后把这个应力撤去时间段4t,接着施加另外一个应力1（10），时间为t，测量总的应变。X4.3重复这个程序直到应力达到n。每一个应力对应的应变都要测量。（见图X4.2）图X4.2同步数据注意X4.1随着应力的增加，满的应变在经过4t的时间可能不能完全的回复。这种情况下，额外的应变应该记录下来。这被规定为蠕变期末的总应变与时期开始的时候存在的残余应力之间的不同。X4.3.4绘制在时间t内施加的应力与由它产生的附加应变的曲线。这是一条等时应力-应变曲线，并且被用来确定在时间t时测定的应变所对应的唯一的应力。X4.35蠕变曲线能够通过调整从而和在时间t内的同步数据相一致，并且可以根据一致的同步数据对蠕变曲线上其它的应力进行差值，。图X4.3，图X4.4和图X4.5阐明了这个过程。X4.3.6在开始一个长期的蠕变实验之前，建议做一次快速的同步实验，以确保适当的试样拉伸机的相互作用。同样，在进行蠕变实验是，可以得到一个附加的蠕变，因为在时间t的应变是和那些同步实验像一致的。注意1在20时丙烯-乙烯共聚物的应力为2175磅/平方英寸（图中所表示的线）。其它实验测得的蠕变数据是有（）来表示。通过等时应力-应变实验确定了100s的时间间隔。图X4.3数字差值的蠕变数据图X4.4从图X4.3得到的恒定时间的横截面图（同步截面）图X4.5从图X4.3得到的恒定应变的横截面图（等距截面）X5预测长期性能的影响X5.1叠加法则粘弹性理论中经常用到两个准则：玻尔兹曼叠加原理和时温等效原理。X5.1.1玻尔兹曼叠加原理描述的是材料在不同载荷历程下的反应。以线性粘弹性行为处理蠕变，这一原则规定如下：X5.1.1.1在整个载荷施加的历史中，每个载荷所对应的材料的反应相对于其它载荷的材料反应是独立的。X5.1.1.2当所有的变形在等效的时间内比较，材料的变形直接比上施加的应力。总的形变如下：（X5.1）式中：J蠕变柔量（时间依赖性 模量的倒数）0施加的应力（初始）图X5.1阐述了这个准则。材料遵循幂次法则（纳丁法则）： （X5.2）式中：K = 10-5n= 0.25 温度常量在400s时施加双倍的载荷，得到一条总的蠕变曲线，也就是让原始曲线移动到400s的地方，然后叠加到原始曲线延长线的顶部。X5.1.2时温等效原理（W-L-F）描述了温度与时间之间的等效。在不同温度下得到的蠕变和松弛曲线可以通过沿着一个时间对数坐标轴进行水平移动（W-L-F方法，由Williams,Landel,Ferry发展起来）得到一条覆盖大范围时间的单一曲线（主曲线）。X5.1.2.1主曲线的构造（a）在特定的时间段内，一系列温度下首次获得实测的曲线，并且把屈服或松弛的值绘制出来。然后选择某个温度的曲线作为参考（通常选Tg）。然后把其它曲线沿着时间对数坐标轴一条一条的平移，直到它们重叠。Tg以上的曲线移动到右边，以下的移动到左边。图X5.2展示的是一条重叠的主曲线。水平移动的转变如下：笔记X5.1里面的数字的值根据参考温度而改变。注意1在不同温度下获得的应力松弛数据通过使用W-L-F时温叠加原理可以获得由一条连续的线显示的主曲线。通过沿着水平轴平移得到的主曲线，通过插入一个aT表示,显示为一个圆。图X5.2松弛主曲线（b）公式X5.3对于非晶聚合物是适用的并且在Tg到Tg+100之间是有效的。低于Tg是，要使用一个不同的温度修正公式。（c） 这个公式的一个W-L-F水平因素被用来计算图X5.3中的屈服曲线。参考温度为T0=30，Tg+43。图 X5.3屈服曲线（d）Nielsen,在他的书中86页，给出了一个参考文献表，这些论文都是讨论各种聚合物的蠕变主曲线和应力松弛的。（e）聚合物在后边的几十年里分布这许多的滞后期。这种分布L(t)可以通过屈服曲线的斜率进行估计。计算方法已经由Ferry提出。X5.1.3状态方程X5.1.3.1在S.Goldfein所写的论文中，通过它的各种参数形式，使用状态方程来预测机械性能，无论其是结构稳定的形式，还是在压力之下并正在经历由于提高温度或化学侵蚀造成化学改变。蠕变和断裂能够使用这个方法进行推测：式中：K反应速率常数；T绝对温度；E活化能；R气体常数。X5.1.3.2蠕变和断裂的过程被人为是分子的分离和破坏部分，因此，它们被认为是化学反应。通过集成公式X5.5和合并参数K中的所有常量，这个公式假定的机械-化学状态方程的形式为：在这个形式中，通过使用动能关系，反应速率K被表达成了参照时间t的量。其中三个关系式被考虑定义如下：K=x/t（零级），K=ln2/(t/2)(一级)，K=1/(at/2)(二级)。X5.1.3.3通过使用公式X5.6和三个不同的关系式，可以预测热塑性和热固性塑料的蠕变和断裂。X6.曲线拟合公式X6.1在工程设计中使用时，曲线拟合主要被用在表示模型和外推数据方面。蠕变函数常被写成应力和时间的分离函数：其中的一些技术在下面的方程中总结;X6.2Norton： 或者式中：C = 应变速率； = 施加应力；B和n = 材料和温度常量。对于第二阶段的蠕变：改变为对于稳态蠕变这种情况，公式X6.1和公式X6.2分别是幂次法则和log-log法则。X6.3双曲正弦蠕变定律（Nadai）:X6.3.1公式X6.3主要考虑的是那些无法通过幂次法则预测的一些材料在低应力下的显示出的下降趋势。X6.4Findley：X6.4.1这种函数形式被成为时间-幂次法则，一般遵循这些测试方法中的图2.K和n是应力和温度常量。依附于应力的线E=f(t),适合于很多固体的小变形问题。X6.5一条蠕变曲线能够被分成三个部分，如图X6.1和X6.2所示。X6.6四元素模型被用来描述几种材料的屈服和松弛现象。要恰当的描述材料几十年时间的蠕变和松弛行为，需要大量的弹簧减震组件。图X6.1双曲正弦蠕变定律