影響塑料制品拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素

馮霖明

摘 要：在對(duì)塑料拉伸性能試驗(yàn)的影響因素分析中，除了塑料的分子結(jié)構(gòu)以及塑料內(nèi)部的缺陷可以對(duì)塑料拉伸直接產(chǎn)生影響之外，在塑料拉伸試驗(yàn)過程中的儀器，塑料試驗(yàn)的試樣制備、處理、拉伸性能試驗(yàn)的環(huán)境、人員的操作過程、對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理以及人員自身，都會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生間接性的影響。本文圍繞這些影響因素進(jìn)行分析研究，并在最后指出可以通過嚴(yán)格的操作和高度的責(zé)任心、有效將這些外部因素做到有效規(guī)避，以確保塑料拉伸試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可比性。

關(guān)鍵詞：塑料拉伸；試驗(yàn)；影響因素

中圖分類號(hào)：TQ3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在塑料制品行業(yè)中，每一種塑料在投入市場(chǎng)之前，都會(huì)對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，例如力學(xué)中的拉伸、壓縮、撕裂性等等。但是在這一階段中，其試驗(yàn)的最終結(jié)果經(jīng)常受到一些外部因素的干擾，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果失去應(yīng)有的準(zhǔn)確性、可比性，這就需要測(cè)試人員通過嚴(yán)格的操作和控制，將這些外部因素有效不免，從而確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

1 材料試驗(yàn)拉力機(jī)

用于材料試驗(yàn)的拉力機(jī)（試驗(yàn)機(jī)），是針對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行專門測(cè)試的儀器，測(cè)試范圍包含材料的拉伸、壓縮、彎曲、撕裂等力學(xué)性能。其中材料的拉伸試驗(yàn)，是以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，通過拉力機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)形狀的試樣，對(duì)材料進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸力、斷裂強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

在塑料拉伸測(cè)試期間，由試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的對(duì)塑料拉伸試驗(yàn)結(jié)果造成影響的因素主要包含：

（1）測(cè)力傳感器的精度

作為試驗(yàn)機(jī)核心部分的測(cè)力傳感器，其精度對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差大小起著直接性的影響，通常情況下，傳感器的精度要求在0.5%之內(nèi)，同時(shí)要求具備平穩(wěn)、均勻的拉伸速度，不論拉伸速度偏高或是偏低，都會(huì)對(duì)拉伸測(cè)試的結(jié)果造成影響。

（2）同軸度

在試驗(yàn)機(jī)同軸度不好的情況下，會(huì)出現(xiàn)拉伸位移偏大的情況，導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度會(huì)受到一定影響，試驗(yàn)結(jié)果偏小。

（3）數(shù)據(jù)采集的頻率

在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的頻率不適中，會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成峰值偏小的影響。

（4）夾具

試驗(yàn)的夾具分為兩種，即手動(dòng)、啟動(dòng)兩種設(shè)計(jì)方式，在試驗(yàn)過程中，要求夾住片材試樣夾具的夾緊力，隨著拉力增大同時(shí)增強(qiáng)，但是，需要建立在試樣不被損壞變形的基礎(chǔ)上。

2 試樣的制備過程

在對(duì)塑料制品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試階段，通常情況下會(huì)將材料制作成矩形試樣或是啞鈴形試樣進(jìn)行測(cè)試。材料的制樣作業(yè)分為兩種方式，即直接利用原材料制樣和從材料制品直接取樣，其中，原材料制樣中涵蓋了膜壓成型、延壓成型、吹膜成型、注塑成型等多種方法，雖然每種制樣方法，其過程都符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，但是不同的制樣方法，其試驗(yàn)結(jié)果都不具備可比性。在同一種制樣方法中，要求其模具的結(jié)構(gòu)、成型時(shí)的壓力、溫度、冷卻速度和工藝過程都必須相同，不然在塑料成型的過程中，塑料的晶度、分子取向等微觀結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生較大變化，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

在塑料材料吹膜或是壓片后，再通過制樣機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)切刀將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的試樣，其中，對(duì)制樣切刀要求規(guī)范鋒利，不規(guī)范的制樣切刀會(huì)導(dǎo)致試樣的毛邊、劃損缺陷問題產(chǎn)生。另外，試驗(yàn)對(duì)試樣的要求，需要試樣的尺寸、規(guī)格完全一致，試樣厚度的不同會(huì)造成不同的試驗(yàn)結(jié)果，試樣厚度大會(huì)造成結(jié)果偏小。例如聚丙烯試樣，在100mm/min的拉伸速度下，試樣的厚度越大，拉伸強(qiáng)度就越低，造成該情況的原因是過厚的試樣有較高的概率存在缺陷。

在從制品上進(jìn)行直接取樣時(shí)，需要取樣選擇具備代表性的位置進(jìn)行取樣，并且須遠(yuǎn)離制品的轉(zhuǎn)角、邊緣部位，同時(shí)變換不同的位置、角度進(jìn)行取樣。在試樣制備后，對(duì)其放置、處理需要處于恒溫條件下，對(duì)進(jìn)行GB/T 2918—1982標(biāo)準(zhǔn)處理。在放置過程中，會(huì)引起塑料試樣分子構(gòu)型、分子量、物理狀態(tài)的變化，還可以對(duì)內(nèi)存的殘余應(yīng)力有效消除。

3 試驗(yàn)的具體操作

在試驗(yàn)人員進(jìn)行塑料拉伸性能測(cè)試階段，針對(duì)拉伸速度的操作，會(huì)直接對(duì)塑料試樣的力學(xué)行為造成直接的影響，因?yàn)樗芰喜牧想`屬于黏性材料范疇，其變形速度直接取決于應(yīng)力松弛過程，在拉伸速度較快的情況下，外力作用高于分子鏈的運(yùn)動(dòng)速度，試樣拉伸強(qiáng)度、屈服應(yīng)力會(huì)隨之增大，斷裂伸張率會(huì)相對(duì)減小。相反，當(dāng)拉伸處于低速狀態(tài)，就為分子鏈創(chuàng)建了重排、位移的時(shí)間空間，塑料會(huì)呈現(xiàn)出韌性行為，拉伸強(qiáng)度減小，斷裂伸長(zhǎng)率有所增大。

4 試驗(yàn)環(huán)境

在塑料拉伸試驗(yàn)過程中，存在著很多對(duì)試驗(yàn)造成影響的因素，例如震動(dòng)影響、靜電、污染、溫度、濕度、輻射等因素，在這些因素中影響最大的為溫度、濕度因素。

GB/T2918—1982明確規(guī)定試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)溫度為23℃±2℃，相對(duì)濕度45%～55%。溫度對(duì)熱塑性塑料拉伸測(cè)試的影響很大，試驗(yàn)曲線會(huì)隨著溫度上升，其拉伸的強(qiáng)度、彈性模量會(huì)變小，斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)變大。

試驗(yàn)環(huán)境的相對(duì)濕度，通常情況下對(duì)吸水率大的塑料材料會(huì)造成較大影響。一些塑料在吸水后，內(nèi)部的水分子會(huì)起到增韌劑、偶聯(lián)劑的功能，塑料的剛性和韌性將會(huì)發(fā)生改變。例如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、乙酸纖維素這類熱塑性塑料，相對(duì)濕度對(duì)就會(huì)對(duì)其造成較大的影響，相反，濕度對(duì)吸水率小的塑料，會(huì)產(chǎn)生較小的影響，因此，針對(duì)塑料拉伸性能的測(cè)試工作，必須在處于恒溫條下的試驗(yàn)室進(jìn)行操作。

5 人為處理數(shù)據(jù)

在塑料拉伸性能試驗(yàn)中，對(duì)數(shù)據(jù)的處理直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的精確程度，對(duì)結(jié)果起到?jīng)Q定性的作用。當(dāng)前，有關(guān)于材料力學(xué)性能試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)基本具備了程序化處理，多數(shù)都是通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理完成的。但是，在力學(xué)性能試驗(yàn)中，仍然有一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)還在人力進(jìn)行測(cè)試、計(jì)算，例如測(cè)試試樣的尺寸、試樣位移的變化以及試樣伸長(zhǎng)率等，在對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理過程中，都采用四舍五入的計(jì)算原則，將進(jìn)行測(cè)試后得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入社區(qū)位數(shù)截取，只取試驗(yàn)所需要的數(shù)據(jù)，將超大、超小的部分舍去，對(duì)試驗(yàn)要求的試樣個(gè)數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充，這一過程就會(huì)對(duì)試驗(yàn)的最終結(jié)果造成一定的影響。

6 試驗(yàn)人員因素

對(duì)塑料進(jìn)行拉伸性能測(cè)試階段，其試驗(yàn)的全過程基本都處于人為操作環(huán)境下，因此人為造成試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際應(yīng)有結(jié)果有所差異在所難免，即使是富含測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)精細(xì)的專業(yè)人員針對(duì)同一試樣的多次測(cè)試，其結(jié)果每次都會(huì)出現(xiàn)些許的差異。在試驗(yàn)過程中，人為因素涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，錄入取樣、制樣的過程以及試樣處理、數(shù)據(jù)處理，人維護(hù)因素對(duì)這些環(huán)節(jié)的影響，都會(huì)間接性或直接性地對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

結(jié)語(yǔ)

通過上述內(nèi)容可以了解到影響塑料的拉伸試驗(yàn)結(jié)果的因素，除了塑料本身的許多內(nèi)在因素外，許多的外在因素都會(huì)對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果會(huì)起到很大的影響，而這些問題在實(shí)際的操作中是可以有效避免的，需要提高試驗(yàn)人員的職業(yè)素養(yǎng)，并且具備高度的責(zé)任心，對(duì)材料力學(xué)性能的試驗(yàn)秉承嚴(yán)格操作的原則，盡量將外在因素最大化規(guī)避，從而確保塑料拉伸試驗(yàn)以及其他力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、可比性。

參考文獻(xiàn)

[1]李海玲，孫鑫.影響拉伸試驗(yàn)結(jié)果的主要因素[J].工業(yè)， 2016（12）：202.

[2]張適.纖維增強(qiáng)塑料制品的纖維取向、殘余應(yīng)力、翹曲變形及濕熱老化的數(shù)值模擬[D]. 華中科技大學(xué)，2015.

[3]周祥興.實(shí)用塑料包裝制品手冊(cè)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.

[4]魏然振，徐鳳玲.高聚物檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果的影響因素[J].塑料科技，2006（4）：96-101.