關於塑料拉伸效能測定技術論文
隨著科學技術的飛速發展，塑料製品已經廣泛應用到國民生產和生活的各個層面[1]，下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!
篇一
拉伸速度對塑料拉伸屈服應力的影響
[摘 要]本文采用國家標準GB/T1040-2006對聚丙烯樹脂進行了拉伸屈服應力的實驗，研究不同拉伸速度下的拉伸屈服應力，並確定了最佳的拉伸實驗速度為50 mm/min。同時對比了實驗樣條進行狀態調節和未進行狀態的拉伸屈服應力的差距。
[關鍵詞]拉伸屈服應力 實驗速度 狀態調節
中圖分類號：U958 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X***2015***22-0278-02
1.前言
隨著科學技術的飛速發展，特別是聚烯烴工業的發展，塑料製品已經廣泛應用到國民生產和生活的各個層面[1]，那麼對塑料的各種效能進行嚴格的測試就顯得非常重要，根據不同測試專案的結果可以判定該種塑料適合用於生產哪種型別的產品。其中力學效能是一個很重要的方面，包括拉伸、彎曲、衝擊、壓縮、撕裂效能等。而影響塑料拉伸效能試驗結果的因素有很多，內在因素有塑料組分變化、分子量大小及分佈、分子結構、分子取向程度和內部缺陷等，外在原因有試驗儀器、試樣的製備與處理、試驗環境、試驗引數、操作過程、資料處理和人為因素等[2]。
力學效能是結構材料最重要的使用效能，拉伸實驗是應用最廣泛也是最基礎的力學效能實驗方法。拉伸效能會隨著樣品厚度、製備方法、試驗速度、夾具種類和拉伸度測量方法等因素的變化而變化[3]。對於不同的材料，試驗速度對效能的影響不同，鋁及其合金受拉伸速度的影響較小，軟鋼、不鏽鋼受拉伸速度的影響較大，試驗速度增加，則強度效能指標升高，延伸效能指標降低;反之，強度效能與延伸效能指標的變化與上述相反[4]，而聚烯烴樹脂的拉伸效能受拉伸速度的影響特別大，尤其是對拉伸屈服應力的影響最大，這是因為塑料屬於粘彈性材料，其應力鬆弛過程與變形速率緊密相關，需要一個時間過程。
從分子運動機理角度來說，聚合物的拉伸過程包括彈性形變、屈服、應變軟化、冷拉、應變硬化和斷裂。屈服即是在應力作用下鏈段開始運動，因為鏈段運動是鬆弛過程，外力的作用使鬆弛時間下降，若鏈段運動的鬆弛時間與外力作用速度相適應，材料在斷裂前可發生屈服，出現強迫高彈性，則表現為韌性斷裂。若外力作用時間短，鏈段的鬆弛跟不上外力作用速度，為是材料屈服需要更大的外力，材料的屈服強度提高，材料在斷裂前不發生屈服，則表現為脆性斷裂。本文即主要研究實驗速度對拉伸屈服應力的影響。
在材料拉伸或壓縮過程中，當應力達到一定值時，應力有微小的增加，而應變卻急劇增長的現象，稱為屈服，使材料發生屈服時的正應力就是材料的屈服應力。
根據拉伸試驗測出的應力、應變對應值，可繪製應力一應變曲線。從曲線上可得到材料的各項拉伸效能指標值。曲線下方所包括的面積代表材料的拉伸破壞能。它與材料的強度和韌性相關。強而韌的材料 ，拉伸破壞能大 ，使用效能也佳。不同型別的高分子材料的應力-應變曲線是不同，拉伸屈服應力的大小也不一樣。典型的聚合物拉伸應力-應變曲線如圖1所示。
在應力-應變曲線上，以屈服點為界劃分為兩個區域。屈服點之前是彈性區，即除去應力後材料能恢復原狀，並在大部分該區域內符合虎克定律。屈服點之後是塑性區，即材料產生永久性變形，不再恢復原狀。
根據拉伸過程中屈服點的表現，伸長率的大小以及其斷裂情況，應力-應變曲線大致可分為如圖2所示的五種型別：①軟而弱;②硬而脆;③硬而強;④軟而強;⑤硬而韌。
所謂的“軟”和“硬”是用於區分模量的低或高，“弱”和“強”是指強度的大小，“脆”是指無屈服現象而且斷裂伸長很小，“韌”是指斷裂伸長和斷裂應力都較高的情況。聚丙烯樹脂和聚乙烯樹脂就屬於韌性材料，它們的拉伸應力-應變曲線就是圖2中的第5種。從圖2可以看出並不是所有的聚合物都有屈服點的，這也就說明不同型別的聚合物其拉伸屈服應力是不同的，有的甚至沒用拉伸屈服應力。
2.實驗方法
2.1 樣品製備
本實驗按照國家標準GB/T1040-2006[5]的要求對聚丙烯樹脂進行了拉伸屈服應力的實驗。實驗所用的原料是神華包頭煤化工有限責任公司生產的聚丙烯粒料，牌號是L5E89。樣品製備所用的儀器是克勞斯瑪菲注塑機，注塑溫度為230℃，模溫機溫度是40℃，保壓壓力是60巴，保壓時間是30秒，冷卻時間是25秒。所用的模具是P003955/06。注塑成型的樣品的尺寸是150 mm×10mm×4mm***平均值***，屬於GB/T1040-2006中的Ⅰ型試樣。對注塑成型的樣條進行嚴格的挑選，保證樣條的表面和邊緣無劃痕、黑點、空洞、凹陷和毛刺，樣條應無扭曲，相鄰的平面要相互垂直。樣條的數量要足夠多，保證每種試驗引數下至少有10個合格的樣條來進行平行試驗。
2.2 樣品進行狀態調節
按照GB/T2918-1998[6]規定，將樣品放在23℃，相對溼度為50%RH的恆溫恆溼箱內狀態調節48小時後再進行拉伸試驗。
2.3 樣品進行拉伸試驗
拉伸實驗所用的儀器是美國Instron公司的Bluehill萬能試驗機，根據GB/T 1040-2006，熱塑性增強塑料的實驗速度有B、C、D、E、F，即2 mm/min、5 mm/min 10 mm/min、20 mm/min 和50 mm/min，每種速度下都測試了10個樣條，而且測試時操作方法要保持一致。測試前用遊標卡尺在樣條中心位置附近取三個點準確測得樣條的寬度，取其平均值作為最終代入計算的數值，用測厚儀在樣條中心位置附近取三個點準確測得樣條的厚度，取其平均值作為最終代入計算的數值。在夾持樣條時為了保證結果的平行性，要求樣條上面有數字的一面正對著操作者，樣條的切口端朝下。在樣條的同一位置畫好標線以保證每個樣條的夾持位置是一致的。將樣條放到夾具中時，要保證使樣條的長軸線與試驗機軸線在同一條直線上。從試驗結果中發現在拉伸速度為2 mm/min和5 mm/min時，樣品未被拉斷，而且結果差距很大，故將這兩個速度下的實驗結果捨去，不參與討論。 3.實驗結果與討論
3.1 速度對拉伸屈服應力的影響
不同實驗速度下的拉伸屈服應力見表1。
每種實驗速度下測試了15個樣品，將實驗結果相差比較大的捨棄，最終選取重複性很好的10個結果進行討論，上述條件下的結果的標準偏差***RSD***分別為：1.11%，0.60%和0.59%，均小於5%，所以實驗結果是可取的。綜上所述，隨著拉伸速度的增加，樣品的拉伸屈服應力是逐漸增加的。對於GB/T1040-2006中的Ⅰ型試樣來說，最佳的拉伸速度是50 mm/min。
3.2 狀態調節對拉伸屈服應力的影響
未進行狀態調節和進行狀態調節的樣品的拉伸屈服應力見表2。
根據GB/T2918-1998規定，將樣品放在23℃，相對溼度為50%RH的恆溫恆溼箱內狀態調節48小時。實驗速度為20 mm/min和50 mm/min。每種測試條件下均測試了10個樣品，將實驗結果相差比較大的捨棄，最終選取重複性很好的5個結果進行討論，上述條件下的結果的標準偏差***RSD***分別為：0.96%，0.50%，0.79%和0.67%，均小於5%，所以實驗結果是可信的。從實驗結果可以看出，狀態調節後的樣品的拉伸屈服應力明顯的比為進行狀態調節的樣品的拉伸屈服應力要大。
4.結論
相同條件下，拉伸速度越大，樣品的拉伸屈服應力越大。對於GB/T1040-2006中的Ⅰ型試樣來說，最佳的拉伸速度是50 mm/min。樣品經過狀態調節後其拉伸屈服應力增大。
對於本公司生產的聚丙烯樹脂的拉伸效能測試，要求拉伸實驗的樣條應該在注塑成型後進行狀態調節48小時後再進行測試，測試的最佳速度為50 mm/min。
參考文獻
[1] 周祥興，鬱文娟，張惠曦等.實用塑料包裝製品手冊.中國工業出版社，2000.
[2] 張懷志，閻功臣，景麗榮等.影響塑料拉伸試驗結果的因素.工程塑料應用，2005年，第33卷，第10期.
[3] 王超先，蔡春飛.塑料拉伸屈服應力不確定度的評定.理化檢驗-物理分冊，2004，7***40***：341-343.
[4] 陸文華.影響拉伸試驗結果的主要因素，廣東交通職業技術學院學報，2004年12月第4期.
[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會釋出.GB/T1040-2006塑料 拉伸效能的測定[M].北京：中國標準出版社，2007.
[6] 國家質量技術監督局釋出.GB/T2918-1998塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境[M].北京：中國標準出版社，1998.
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