拉伸性能测试

拉伸性能测试（静态） 拉伸性能测试主要确定材料的拉伸强度，为研究、开发、工程设计以及质量控制和标准规范提供数据。在拉伸测试中，薄的薄膜会遇到一定困难。拉伸试样的切边必须没有划痕或裂缝，避免薄膜从这些地方开始过早破裂。 对于更薄的薄膜，夹头表面是个问题。必须避免夹头发滑、夹头处试样破裂。任何防止夹头处试样发滑和破裂，而且不干扰试样测试部分的技术如在表面上使用薄的橡胶涂层或使用纱布等都可以接受。 从拉伸性能测试中可以得到拉伸模量、断裂伸长率、屈服应力和应变、拉伸强度和拉伸断裂能等材料性能。ASTMD638(通用）4和ASTMD8825(薄膜）中给出了塑料的拉伸性能（静态）。 拉伸强度 拉伸强度是用最大载荷除以试样的初始截面面积得到的，表示为单位面积上的力（通常用MPa为单位）。 屈服强度 屈服强度是屈服点处的载荷除以试样的初始截面面积得到的.用单位面积上的力（单位MPa)表示，通常有三位有效数字。 拉伸弹性模量 拉伸弹性模量（简称为弹性模量，E)是刚性指数，而拉伸断裂能（TEB,或韧性）是断裂点处试样单位体积所吸收的总能量。拉伸弹性模量计算如下：在载荷-拉伸曲线上初始线性部分画一条切线，在切线上任选一点，用拉伸力除以相应的应变即得（单位为MPa)，实验报告通常有三位有效数字。正割模量（应力-应变间没有初始线性比值时）定义为指定应变处的值。将应力-应变曲线下单位体积能积分得到TEB，或者将吸收的总能量除以试样原有厚度处的体积积分。TEB表示为单位体积的能量（单位为MJ/m3)，实验报告通常有两位有效数字。 拉伸断裂强度 拉伸断裂强度的计算与拉伸强度一样，但要用断裂载荷，而不是最大载荷。应该注意的是，在大多数情况中，拉伸强度和拉伸断裂强度值相等。 断裂伸长率 断裂伸长率是断裂点的拉伸除以初始长度值。实验报告通常有两位有效数字。 屈服伸长率 屈服伸长率是屈服点处的拉伸除以试样的初始长度值，实验报告通常有两位有效数字。 塑料薄膜的包装产率 有一种专门的ASTM测试方法（ASTMD43216)测定塑料薄膜的“包装产率”，以试样单位质量上的面积表示。在这种测试中，定义并得到标称产率(用户和供应商之间达成的目标产率值）、包装产率（按标准计算的产率）、标称厚度（用户和供应商之间达成的薄膜厚度目标值）、标称密度和测量密度等值。对于加工厂商来说包装产率值很重要，因为它决定了某种应用中一定质量的薄膜可以得到的实际包装数量。 薄薄膜测试用ASTMD882标准 拉伸测量中，结果可能并且经常出现偏差，要么是因为用了不同几何形状的不同试样，和/或是测试过程中采用了不同的测试速度。但这种测试得到的数据不能认为适用于载荷时标准与测试中实际所用的有很大差异的应用。实际上，薄膜厚度不同，建议采用的试样形状会不同，不同标准中都有规定（如ISO527对厚薄膜作了规定79，ISO11849和ASTMD882对厚度0.25mm的薄膜作了规定5)。下面简述ASTMD88295a。 选用的载荷范围应使试样在其上限三分之二内断裂，建议进行几次试验。在几点测量试样的截面面积、宽度（精确到0.25mm)和厚度（厚度0.25mm的薄薄膜精确到0.025mm，更厚的薄膜精确到1%)。设定夹头分开速率，将试样放在夹头间，均匀夹紧，启动机器，记录载荷与伸长值曲线。 ASTMD88295a的表中给出了不同塑料薄膜的特征拉伸值。就拉伸强度（1137.9MPa)而言，LDPE是用作大棚覆盖材料的薄膜中最弱的一种10。聚乙烯（PE)的密度从LDPE增加到高密度聚乙烯（HDPE)，拉伸屈服强度和刚性也在增加，而伸长率和柔性降低11。这是因为结晶区大大提高了弹性模量和高温时塑料的承载能力12。 从ASTMD88295a中的表看到的另外一种作用是增强影响，这是薄膜吹胀过程中产生的分子取向造成的，因为在分子水平上，分子链上共价CC键方向上的拉伸性能高于横向，后者是非常弱的范德华键决定的。由于LDPE薄膜的晶体优先朝平行于机器方向（纵向）取向，沿机器方向作用的载荷产生的拉伸强度值高于其垂直方向。事实上，不仅是薄膜方向，熔体温度、机头参数、吹胀比、拉伸比、霜白线高度和冷却条件等参数都会使组分相同的两种薄膜的力学性能不同13(详见第2章）。 冲击强度 冲击值表示材料吸收冲击能的总能力，由两部分组成：(a)键断裂所需的能量；(b)定体积的材料变形所消耗的功。 对较脆的试样来说，ASTMD25614将塑料总的冲击性能规定为标准化锤摆一个摆作用于辊磨的缺口（Izod测试和Charpy测试）或无缺口试样所释放的能量。结果表示为单位试样宽度所吸收的能量。 而对韧性塑料薄膜来说，建议采用自由落镖法。自由落镖法（ASTMD170915或ISO7765-116和ISO7765-217)测量LDPE的冲击性能有一个专门的ASTM标准，结果有两种情况，即260g和881g(厚0.20mm)薄膜。LDPE有良好的韧性，但随着材料密度降低。 ASTMD179017a和ASTMD74618是特定“脆性”温度常规测量的测试方法，在“脆性”温度处，塑料在规定的冲击条件下发生脆性断裂。第一种方法用于薄（0.25mm)塑料薄膜；第二种方法用于实际承载条件。这样就可以得出预测低温时材料性能的方法，这对于在各种温度条件下使用的塑料薄膜来说非常重要。这种测试也适用于类似的变形条件.而且在测试中用统计方法估算脆性温度，即50%试样断裂时的温度。 自由落镖法测冲击强度 ASTMD17099115给出了在自由落镖冲击规定的条件下使塑料薄膜断裂的能量的测量，单位为质量单位（发射体的质量），落镖从规定高度处落下，使50%试样断裂。塑料薄膜的冲击强度尽管部分取决于其厚度，但与试样厚度没有 简单的关系。 测试的试样应该足够大，所有点都伸到试样夹具垫外。试样应代表所研究的薄膜.应该没有针孔、摺皱、折叠和其他明显缺陷，除非这种缺陷是研究中的参数。 抗摆锤冲击性 与其他韧性测量技术一样，ASTMD25614为应变速率接近某些应用时测量材料参数提供了一种手段，而且结果比低速单向拉伸测试更准确。薄膜的动态拉伸性能很重要，尤其是薄膜用作包装材料时。运用其他冲击测试（如ASTMD170915)、与厚度关联的同样不确定性也适用于这一测试。 有数种薄膜试样冲击测试方法。有时需要掌握不同方法得到的测试结果之间的关系，因此，对两种树脂聚丙烯（PP）和线型低密度聚乙烯(LLDPE)生产的薄膜进行了研究，每种树脂都生产了两种厚度的薄膜，用ASTMD170915、D342019和D427220进行冲击测试。可以预测出D1709和D4272两种测试方法得到的结果之间的差异，因为D1709表示断裂引发能，而D4272表示引发和完成能。 抗剧烈冲击性 尽管冲击性能是一种有测量价值的性能，但冲击过程中发生的事情的复杂性和多样性使得到的值的适用条件很窄，不能用于通用设计。因此，已设计出与使用有关的冲击测试，用于大宗产品如大棚覆盖材料的测试。按照这一方法，水平立起大棚顶的一整半，用尼龙球乱射。用摄像机纪录冲击破坏。用4mm厚的单层玻璃作参比材料，所有材料都与其数据比较。 抗撕裂性 塑料薄膜的抗撕裂性是其极限抗断裂性的一种复杂功能，有不同的ASTM标准测试薄膜的抗撕裂性：ASTMD100421用于测量很低加载速率下引发撕裂必需的力，而ASTMD193822测量的是单一撕裂使撕裂扩展所必需的力。 ASTMD192223用埃尔曼多夫型撕裂测试机测量特定长度的塑料薄膜使撕裂扩展所需的平均力值。在ASTMD258224中，测试的是薄膜的抗穿刺扩展撕裂性。 在这些测试中，有两个不同的值很有意义，要测量： (1)引发撕裂所需的力（ASTMD1004和ISO34425)； (2)撕裂扩展所需的力（ASTMD1938、D1922和ISO6383-126）。 ISO标准对大棚膜有具体规定。第二个力（使撕裂扩展所需的力）被认为最重要，因为，尽管有时不可能防止大棚膜撕裂（如薄膜没有固定牢，被大风掀起，撞到结构的突出部分），但如果撕裂很难扩展，就非常有利。抗撕裂引发也很重要，一般也不能忽略。 对于农用塑料薄膜来说，就其总的力学性能和常见断裂机理而言，塑料薄膜的抗撕裂性非常重要。研究发现，LDPE薄膜的抗撕裂扩展性变化很大。抗撕裂扩展性能的测试值为520N27。这一变化的可能原因是各向异性、伸长的影响、所测薄膜厚度变化以及撕裂过程中所用速度不同。 摆捶方法测试塑料薄膜和薄片材的抗撕裂扩展性 ASTMD192294a23给出了特定长度的塑料薄膜撕裂扩展所需的平均力的测量，广泛用于包装材料。尽管不总是有可能将薄膜撕裂数据与其他力学性能或韧性关联，但在应变速率与实际包装应用中发现的一些近似时，这种方法所用仪器为撕裂试样提供了一种控制手段。由于生产过程中有取向，塑料薄膜和片材在其抗撕裂性上经常表现出明显的各向异性。一些薄膜在撕裂过程中大幅度伸长.使这一情况更加复杂，即使是在测试方法中加载速率较快时。伸长程度又取决于薄膜的取向和生产薄膜的聚合物本身的力学性能。撕裂力和试样厚度之间没有直接的关系。撕裂力通常用毫牛（mN)或克力（gf)表示。 ASTMD1922中的表比较了各种塑料薄膜纵横向的抗撕裂扩展（埃尔曼多夫撕裂）性。从表中给出的数据可以看出，LLDPE在纵横向上的抗撕裂值都是最高的。PP的纵向抗撕裂值低.而横向较高。纵横两个方向上的差异反映了材料的取向程度和各向异性程度。加工过程中PS的取向不明显，因此其纵横向的抗撕裂性没有什么差别。 抗穿刺蔓延撕裂性能 ASTM025829324给出了料薄膜和片材在使用过程中突遇危害时的动态抗撕裂性能的测量。 穿刺扩展撕裂测试测量了材料对突发性危害的抵抗能力，或者更精确地说是抗导致撕裂的动态穿刺及其扩展能力。多种应用中都有突发性危害所造成的破裂.包括工业包装袋、衬里和油布。这种测试中仪器测量的抗撕裂性的单位为牛顿（N)。 抗撕裂性可以采用（5082)mm的标准跌落高度来测或者用非标准跌落高度（或支架质量）。 弯曲刚性（挠曲模量） ASTMD74728和D79029给出了塑料片材和薄膜弯曲刚性的测量。在测试中，试样受三点或四点弯曲载荷作用，如弯臂梁，用弯曲的力和角度测量表观挠曲模量（或弯曲刚性）和屈服强度、 动态力学性能 动态力学分析（DMA)进行的测试给出了弹性模量和损耗模量以及损耗角正切（阻尼）与温度、频率和/或时间的关系，是塑料黏弹性的表征。试样中分子运动模式随温度（或频率）变化，出现相应的转变温度，其中最重要的转变温度是玻璃化转变温度(Tk)和熔融温度（Tm)。此外，可能还有很多次玻璃化转变温度，对测量材料韧性非常重要。在分子运动模式有显著变化的温度范围内，许多力学性能如弹性模量等都随着温度的升高而迅速降低（频率恒定或接近恒定时），或者是随着频率的增加而提高（恒温时）。因此DMA测试（ASTMD05630)给出了一定温度（从-160到降解）、频率（0.011000Hz)和时间范围内，通过自由振动和谐振或非谐振强迫振动技术测出的转变温度、弹性模量和损耗模量。DMA通常适用于测量弹性模量在0.5MPa1OOGPa的材料31。 研究表明，DMA测试对分析很多性能都很有用，例如：(1)相分离程度(在多组分体系中）；(2)一定加工处理的效果；（3)填料种类和用量及其他。总的来说，DMA对质量控制、参数认可以及在研究中都非常有用，而且也可以用 来测试：（1)刚性及其随温度的变化；（2)结晶度；（3）在橡胶改性塑料的橡胶相中三维应力态的大小等。 DMA测试采用实验室操作规程在各种仪器（通常称为动态力学分析仪、热力学分析仪和力学光谱仪或黏弹仪）上测量振动变形时塑料薄膜的动态力学性能。GB 1302291中华人民共和国国家标准塑料薄膜拉伸性能试验方法PlasticsDetermination of tensile properies of films 本标准参照采用国际标准ISO 11841983塑料 薄膜拉伸性能的测定。济南三泉中石实验仪器有限公司相关产品：GB 13022，GB 8808，GB 1040，GB 4850，GB 7753，YY/T 0148，拉力试验机，拉力机，薄膜拉力机，薄膜包装材料试验机， 软包装电子拉力试验机，塑料薄膜拉力试验机， 拉伸强度试验机，胶粘带拉力试验机，微电脑拉力试验机， 塑料拉力机， 电子拉力机，剥离强度试验机， 不干胶拉力机，不干胶拉力试验机， 电脑拉力试验机1主题内容与适用范围 本标准规定了塑料薄膜和片材的拉伸性能试验方法。 本标准适用于塑料薄膜和厚度小于1mm的片材。不适用于增强薄膜、微孔片材和膜。2引用标准 GB 2918塑料试样状态调节和试验的标准环境 GB 6672塑料薄膜和薄片厚度的测量机械测量法3试验设备31任何可做拉伸试验并能满足32、33、34条要求的试验机均可使用。32试验机应备有适当的夹具，该夹具不应引起试样在夹具处断裂，施加任何负荷时，试验机上的夹具应能立即对准成一条线，以使试样的长轴与通过夹具中心线的拉伸方向重合。33试验夹具移动速度应满足规定要求。34试验机示值在记录仪满值（或每级表盘满刻度）的1090间，示值误差应在l以内。35测量厚度的仪器应符合GB 6672中的要求。4试样41试样形状及尺寸 本方法规定使用四种类型的试样，、型为哑铃形试样。见图1图3。型为长条型试样，宽度1025 mm，总长度不小于 150 mm，标距至少为 50 mm。42试样选择 可根据不同的产品或按已有的产品标准的规定进行选择。一般情况下，伸长率较大的试样不宜采用太宽的试样。43试样制备431试样应沿样品宽度方向大约等间隔裁取。432哑铃形及长条形试样均可用冲刀冲制，长条形试样也可用其他裁刀裁取。各种方法制得的试样应符合41要求。试样边缘平滑无缺口。可用低倍放大镜检查缺口，舍去边缘有缺陷的试样。433按试样尺寸要求准确打印或画出标线。此标线应对试样不产生任何影响。44试样数量 试样按每个试验方向为一组，每组试样不少于5个。5试验条件51试样状态调节和试验的标准环境 按GB 2918中规定的标准环境正常偏差范围进行状态调节，时间不少于4h，并在此环境下进行试验。52试验速度（空载）521试验速度如下： a105mmmin； b205mmmin或2505 mmmin； c51mmmin； d102 mmmin； e303 mmmin或 2525 mmmin； f505mmmin； g10010 mmmin； k20020 mmmin或 25025 mmmin； i50050 mmmin。522速度选择 应按被测材料有关规定要求的速度进行选择。如果没有规定速度，则硬质材料和半硬质材料选用较低的速度，软质材料选用较高的速度。测定拉伸弹性模量时，应选择速度a或b。6试验步骤61用GB 6672中规定的上、下两侧面为平面的量具测量试样厚度，用精度为01 mm以上的量具测量试样宽度。每个试样的厚度及宽度应在标距内测量三点，取算术平均值。厚度准确至0001 mm，宽度准确至0.1mm。哑铃形试样中间平行部分宽度可以用冲刀的相应部分的平均宽度。62将试样置于试验机的两夹具中，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱和断裂在夹具内。夹具内应衬橡胶之类的弹性材料。63如用伸长仪，在施加应力前，应调整伸长仪的两侧测量点与试样的标距相吻合。伸长仪不应使试样承受负荷。64按规定速度，开动试验机进行试验。65试样断裂后，读取所需负荷及相应的标线间伸长值。若试样断裂在标线外的部位时，此试样作废，另取试样重作。7结果的计算和表示71拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力以t（MPa）表示，按式（1）计算：72断裂伸长率或屈服伸长率以t（）表示，按式（2）计算：73作应力-应变曲线，从曲线的初始直线部分计算拉伸弹性模量，以 Et（MP）表示，按式（3）计算：74强度、应力和弹性模量取三位有效数字，伸长率取二位有效数字，也可在产品标准中另行规定。以每组试样试验结果的算术平均值表示。75如要求计算标准偏差值S，由式（4）计算：8试验报告 试验报告应包括下列内容： a国家标准代号； b样品名称、材料组成，规格； c试样状态调节及试验的标准环境； d试验机型号； e试验速度； f所需拉伸性能的平均值； g试验日期、人员。 【注：因产品改进或升级，引起实物与网站（产品资料）登记图片不符的，以实物图片为准。】断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法 ISO 13934-1 1.仪器及材料 1.1 CRE 试验仪：在整个试验过程中，夹持试样的夹持器一个固定，另一个以恒定速度运动，使试样的伸长与时间成正比的一种试验仪器 1.2 夹钳宽度：至少60mm 2.试样 2.1从每一个试验室样品剪取两组试样，一组为经向或纵向试样，另一组为纬向或横向试样。每组试样至少应包括五块试样，如有更高精度要求，应增加试样数量。试样应具有代表性，应避开褶皱、疵点，试样距布边至少150mm，保证试样均匀分布于样品上。任何两块试样不应包括有相同的经纱或纬纱。 2.2每块试样的有效宽度应为 50+0.5mm（不包括毛边），其长度应能满足隔距长度200mm，如果试样的断裂伸长率超过75%，应满足隔距长度为100mm。按有关双方协议，样品也可采用其它宽度，这种情况下，应在实验报告中说明。 2.3试样准备 2.3.1对于机织物，剪取试样的长度方向应平行于织物的经向或纬向，其宽度应根据留有毛边的宽度而定。剪取条样长度方向的两侧拆去数量大致相等的纱线，直至其试样的宽度符合2.2的规定尺寸。注：对于大多数织物，毛边约为5mm或15根纱线的宽度较为合适。对较紧密的机织物，较窄的毛边即可。对于稀松的机织物，毛边约为10mm。 2.3.2如果样品为稀松织物，其宽度应尽量取到2.2规定的宽度，如果此宽度中纱线的数量大于等于20，则每组样品应保持相同的纱线数。如果数量小于20，则样品宽度应至少保持20根纱。样品宽度不是50mm+0.5mm，则应在报告中记录实际宽度及纱线数。 2.3.3对于不易拆边的织物，则以宽度为50mm为准，且长度方向平行机织方向或垂直于机织方向。 2.4 润湿测试的试样 2.4.1如果要求测定织物的湿强力，则剪取的试样长度应为干强试样的两倍。每条试样的两端编号后，沿横向剪为两块，一块用于干态的强力测试，另一块用于湿态的强力测试。并保证干态和湿态样品保持相同的纱线数。根据经验或估计浸水后收缩较大的织物，测定湿态强力的试样长度应比干态试样长一些。 2.4.2 湿态测试的样品应放在温度为20+2C的三级水（ISO3696）中浸渍1小时以上，也可用每升不超过1G的非离子润湿剂的水溶液代替三级水。 3. 步骤 3.1 隔距长度对断裂伸长率小于或等于75%的织物，隔距长度为200mm+1mm；对断裂伸长率大于75%的织物，隔距长度为100mm+1mm。 3.2 拉伸速度根据织物的断裂伸长或伸长率，按表1设定拉伸速度隔距长度（mm） 织物的断裂伸长率（%） 拉伸百分数 %/min 拉伸速度 mm/min 200 8 10 20 200 875 50 100 100 75 100 100 3.3 夹持试样可以采用预张力夹持或松式夹持（预张力为零）。当采用预张力夹持试样时，产生的伸长率不大于2%。如果不能保证，则采用松式夹持。 3.3.1 松式夹持断裂伸长率所需的初始长度应为隔距长度与试样达到预张力的伸长量之和，该伸长量可以从9.3.2中获得。 3.3.2 预张力夹持根据试样的单位面积质量采用如下的预张力： a）200 g/m2 到 500g/m2 10N 4. 测定夹持样品使样品长边中心线通过前夹面的中心.开启试验仪,拉伸试样至断裂.记录最大力,断裂强力(单位:牛顿),断裂伸长(mm)或断裂伸长率. 每个方向至少实验5块. 4.1滑移如果试样在钳口处滑移不对称或滑移量大于2mm时,舍弃实验结果。 4.2 钳口断裂如果试样在距钳口5mm以内断裂，则作为钳口断裂。当五块试样实验完毕，若钳口断裂的值大于最小的“正常值”，可以保留；如果小于最小的“正常值”，应舍弃，另加实验以得到五个“正常值”；如果所有的实验结果都是钳口断裂，或得不到五个“正常值”，应当报告单值。钳口断裂结果应当在报告中指出。 5.润湿实验将试样从液体中取出，放在吸水纸上吸去多余水后，立即按照干态测试方法进行测试。 6.结果的计算用数学方法计算最大力或断裂强力。数据按以下规定进行修正。 100N 到 1000N 修正到100N 计算最大力的伸长率或断裂伸长率修正到: 0.2% 对于伸长率小于8% 0.5% 对于伸长率为 8 到75% 计算断裂强力和断裂伸长率的变易系数,修约至0.1%,并计算95%的置信区间 断裂强力和断裂伸长率的测定 抓样法 ISO 13934-2 1.仪器及材料 1.1 CRE 试验仪：在整个试验过程中，夹持试样的夹持器一个固定，另一个以恒定速度运动，使试样的伸长与时间成正比的一种试验仪器拉伸速度:50mm/min+5mm/min. 隔距长度: 100mm +1mm, 或 75mm+1mm 1.2 夹持器：仪器两夹钳的中心应在拉力线上,钳口应与拉力线垂直,夹持面应在同一平面上。夹钳应能握持试样而不使其打滑，不剪切或破坏试样。如果试样打滑，夹持面上可使用适当的垫衬材料。抓样实验夹持试样面积的尺寸应为25mm+1mm X 25mm+1mm。可使用下列方法之一达到该尺寸。 a）一个夹片宽度为25mm，长度至少为40mm。夹片长度方向与拉力线垂直。另一个夹片与前一夹片的尺寸相同，其长度方向与拉力线平行。 b）一个夹片宽度为25mm，长度至少为40mm，夹片长度方向与拉力线垂直。另一个夹片尺寸为25mm x 25mm。 1.3 切样品器具 1.4 需要湿测试时的浸渍器具，三级水或非离子润湿剂。 2. 实验用大气根据EN 20139进行调湿，推荐将样品放入标准大气中放置2