熱塑性塑料管材拉伸性能測定影響因素分析

李楠 李程 常兵

【摘要】 拉伸性能是熱塑性塑料管材產(chǎn)品物理力學性能的重要指標。試驗過程中影響試驗結果的因素較多。只有做到全面分析，才能保證試驗結果的準確性和可重復性。本文通過對人機料法環(huán)等環(huán)節(jié)中影響拉伸性能試驗結果的因素進行分析，給出了不同制樣方法對檢驗結果的影響。

【關鍵詞】 熱塑性塑料管材;拉伸性能;可重復性

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.038

Analysis of Influencing Factors for Texting Tensile Property of Thermoplastic Pipe

LI Nan1，LI Cheng1，CHANG Bing2

（1.Shenyang Product Quality Supervision and Inspection Institute，Shenyang 110022，China;

2.Shenyang Metrology and Testing Institute，Shenyang 110024，China）

Abstract： Tensile property is an important index of physical and mechanical properties of thermoplastic pipe products. There are many factors that affect the test results. Only comprehensive analysis can ensure the accuracy and repeatability of the test results. This paper analyzes the factors that affect the tensile test results in the links of Personnel，machine，material，method and environment，so the influence of different sample preparation methods on the test results was given.

Key words：thermoplastic pipe;tensile property;repeatability

1 前言

隨著高分子材料在各行業(yè)的推廣應用，熱塑性塑料管材（以下簡稱“塑料管材”）在建筑、市政等工程領域也得到了廣泛的應用與普及，如PE管材，PVC管材等。拉伸性能是評價塑料管材產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標，試驗室試驗人員應全面的了解和掌握拉伸性能測定結果的影響因素，并在試驗過程中盡量避免影響因素對試驗結果的影響，才能保證試驗結果的準確性及穩(wěn)定性。本文通過總結PE管材，PVC管材拉伸性能測定過程中的實踐經(jīng)驗，結合拉伸性能測定的標準方法，分析塑料管材拉伸性能測定的影響因素，以期對試驗室在拉伸性能測定試驗過程中得到準確、穩(wěn)定的試驗結果具有一定的參考價值和指導作用。

2 影響因素分析

以下內(nèi)容將根據(jù)試驗過程中可能對拉伸性能測定產(chǎn)生影響的因素進行分析。

2.1 試驗環(huán)境

試驗環(huán)境溫度是影響拉伸性能指標的重要影響因素，隨著溫度的升高熱塑性塑料管材的脆性降低，韌性增強，造成試樣在拉伸性能測試過程中拉伸強度變小，斷裂伸長率增大[1]，GB/T 8804.1-2003標準中規(guī)定，試驗環(huán)境溫度為23±2 ℃，因此對于所在地區(qū)環(huán)境溫度變化較大的試驗室，應嚴格控制試驗室溫度，避免對試驗結果造成影響。

2.2 狀態(tài)調(diào)節(jié)時間

根據(jù)GB/T 8804.1-2003中第6條要求“試驗前根據(jù)試樣厚度應將試樣置于23±2 ℃的環(huán)境中進行狀態(tài)調(diào)節(jié)”，根據(jù)壁厚的不同，狀態(tài)調(diào)節(jié)時間不同。按照理論分析，隨著調(diào)節(jié)時間的不同，試樣的物理狀態(tài)會發(fā)生一定的變化，會對產(chǎn)品拉伸性能產(chǎn)生一定影響，但通過相關試驗論證，拉伸性能指標隨調(diào)試時間的變化不大，且無明顯的線性關系[2]。但這并不代表可以忽視狀態(tài)調(diào)節(jié)的重要作用，GB/T 8804.1-2003標準中根據(jù)壁厚不同來選擇狀態(tài)調(diào)節(jié)時間，是為了有足夠的時間使樣品各部位的物理狀態(tài)達到標準狀態(tài)，并保持一定的穩(wěn)定性，而前述試驗是建立在調(diào)試時間較長，試樣內(nèi)部已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)的情況，因此如果完全忽略狀態(tài)調(diào)節(jié)的重要性，而不調(diào)節(jié)或調(diào)解時間不夠，就會如2.1條所論述，試驗結果受到影響。

2.3 試驗人員

試驗人員因素是所有需要人員參與的試驗都不可避免的影響因素，特別是拉伸性能測定過程中，需要人員對試件的尺寸進行測量，并根據(jù)所測尺寸數(shù)值進行拉伸性能的計算，而尺寸測量過程中，由于受不同試驗人員測量力度不同等因素影響，造成測得的尺寸結果不同。相關試驗證明，如壁厚偏小0.02 mm，則拉伸屈服強度數(shù)值偏大0.25 MPa[2]，甚至影響更大。因此試驗室不可忽視試驗人員對試驗結果的影響，應加強人員培訓，規(guī)范操作流程，使人員影響因素降到最低。

2.4 試驗設備

萬能試驗機是拉伸性能測試的試驗設備，影響拉伸性能試驗結果的因素包括力值傳感器的精度、速度控制的穩(wěn)定性和精度，夾具和設備的同軸度等等[3]。這里需要特別注意的是大變形位移夾具對塑料管材斷裂伸長率測量的影響，目前我國萬能試驗機均是基于金屬材料萬能試驗機為原型，其大變形夾具多為金屬材料制成，適用于金屬材料的測定，而熱塑性塑料材料與金屬材料具有較大的性能差異，熱塑性塑料韌性較強，以PE管材為例，夾具在夾持試件時如夾持力較大，可能會使試件表面出現(xiàn)損傷，影響測試結果，但如果夾持力較小，試件在韌性變形時，夾具會出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，影響斷裂伸長率試驗結果，而PE管材在拉伸性能測定時，韌性變形較大，隨著韌性變形，夾持部位會拉伸變細，夾具滑移現(xiàn)象較為普遍。雖然目前隨著萬能試驗機技術的不斷進步，例如紅外線技術在大變形位移測量系統(tǒng)上的應用，但其成本較高，大部分試驗室無法負擔，普及率較低。針對上述現(xiàn)象，可改變大變形夾具的材料及結構設計，例如在夾具夾持面增加摩擦系數(shù)較大的彈性塑料材料等措施降低滑移現(xiàn)象的發(fā)生，同時鼓勵設備生產(chǎn)廠家，加大研發(fā)力度，解決技術難題。

2.5 試樣的制備

試樣質(zhì)量直接關系到拉伸性能試驗的準確性，主要影響因素包括試件表面光滑程度、取樣部位及數(shù)量、制樣方法等。

2.5.1 試樣表面光滑程度的影響

試樣表面光滑程度是影響拉伸性能測定結果的直接因素，特別是對PE管材斷裂伸長率指標的影響較大，甚至關系到產(chǎn)品合格與否的判定。試樣加工刀具的質(zhì)量關系到試樣表面的光滑程度，相關試驗結果顯示，采用三把不同使用程度的機械加工刀具制取的試樣，測出的斷裂伸長率試驗結果差距較大[4]，同時經(jīng)過試驗證明，即使采用全新的加工刀具，如不對試樣表面進行進一步打磨處理，所得的測試結果仍不理想。而GB/T 8804.1-2003中規(guī)定的兩種制樣方法中均未對試樣的表面質(zhì)量做明確的要求，因此如果不同試驗室間對試件表面處理的標準不一致，會造成試驗室間試驗結果差距較大。

2.5.2 取樣部位及數(shù)量的影響

GB/T 8804.1-2003中要求對不同管徑的管材沿管段圓周均勻的制取規(guī)定數(shù)量的樣條，一組PVC管材拉伸性能試驗測試結果見圖1。

由圖1可以看出，一組在同一段管材沿圓周方向均勻取得的8組試樣的測試結果，拉伸屈服強度，斷裂伸長率指標試驗結果也有較大的差異?；炫淞匣旌喜痪鶆颉⒐懿臄D出時機頭溫度控制等多種因素均可造成上述現(xiàn)象。因此試驗室試驗過程中應嚴格按照標準中規(guī)定的試樣數(shù)量沿管段圓周均勻取樣，以免對試驗結果造成影響。

2.5.3 制樣方法的影響

GB/T 8804.1-2003標準中試樣的制備分為沖裁方法和機械加工方法兩種，沖裁方法要求將樣條放置于烘箱中加熱，加熱時間按1 mm/min計算，加熱后用裁刀沖裁制樣。以下為一組PVC管材不同制樣方法拉伸性能試驗結果對比見表1。

由表1可以看出沖裁試樣拉伸屈服應力試驗結果要低于機械加工試樣的試驗結果，這是由于沖裁試樣制樣過程中需要經(jīng)過烘箱加熱，在加熱過程中管材部分分子鏈段活性增強，分支鏈滑移，造成管材強度下降。因此試驗室在進行制樣方法選擇時要充分考慮不同制樣方法對試驗結果的影響。

3 總結

拉伸性能是熱塑性塑料管材產(chǎn)品物理力學性能的重要指標，不同的制樣方法制備的樣品，檢驗結果差距很大。只有明確規(guī)定人機料法環(huán)這實驗中所有的要素要求，才能做到統(tǒng)一標準，從而獲得良好的一致性效果。

【參考文獻】

[1] 周祥興，郁文娟，張惠曦等.實用塑料包裝制品手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.

[2] 陳蓉，汪世懂，李福燦，等.PVC-U管材拉伸屈服強度測試結果的影響因素[J].聚氯乙烯，2013（11）：22-24.

[3] 崔崇.影響塑料制品拉伸試驗結果的因素[J].上海塑料，2014（2）：46-48.

[4] 張曉華.塑料管材拉伸性能測定分析[J].標準實踐，2018（2）：45-49.

[5] 熱塑性塑料管材 拉伸性能測定 第1部分：試驗方法總則：GB/T 8804.1-2003[S].

【作者簡介】

李楠（1981-），男，高級工程師，博士，研究方向為建材及防火檢驗。

李程（1985-），男，工程師，碩士，研究方向為檢驗檢測技術。

常兵（1979-），男，高級工程師，碩士，研究方向為計量檢測。