熱塑性塑料管材拉伸性能測定影響因素分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——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

拉伸性能是熱塑性塑料管材產(chǎn)品物理力學(xué)性能的重要指標(biāo)。試驗(yàn)過程中影響試驗(yàn)結(jié)果的因素較多。只有做到全面分析，才能保證試驗(yàn)結(jié)果的確切性和可重復(fù)性。本文通過對人機(jī)料法環(huán)等環(huán)節(jié)中影響拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果的因素進(jìn)行分析，給出了不同制樣方法對檢驗(yàn)結(jié)果的影響。

熱塑性塑料管材;拉伸性能;可重復(fù)性

10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.038

AnalysisofInfluencingFactorsforTextingTensilePropertyofThermoplasticPipe

LINan1，LICheng1，CHANGBing2

（1.ShenyangProductQualitySupervisionandInspectionInstitute，Shenyang110022，China;

2.ShenyangMetrologyandTestingInstitute，Shenyang110024，China）

Abstract：

Tensilepropertyisanimportantindexofphysicalandmechanicalpropertiesofthermoplasticpipeproducts.Therearemanyfactorsthataffectthetestresults.Onlycomprehensiveanalysiscanensuretheaccuracyandrepeatabilityofthetestresults.ThispaperanalyzesthefactorsthataffectthetensiletestresultsinthelinksofPersonnel，machine，material，methodandenvironment，sotheinfluenceofdifferentsamplepreparationmethodsonthetestresultswasgiven.

Keywords：thermoplasticpipe;tensileproperty;repeatability

1前言

隨著高分子材料在各行業(yè)的推廣應(yīng)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(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)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(biāo)，試驗(yàn)室試驗(yàn)人員應(yīng)全面的了解和把握拉伸性能測定結(jié)果的影響因素，并在試驗(yàn)過程中盡量避免影響因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，才能保證試驗(yàn)結(jié)果的確切性及穩(wěn)定性。本文通過總結(jié)PE管材，PVC管材拉伸性能測定過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合拉伸性能測定的標(biāo)準(zhǔn)方法，分析塑料管材拉伸性能測定的影響因素，以期對試驗(yàn)室在拉伸性能測定試驗(yàn)過程中得到確切、穩(wěn)定的試驗(yàn)結(jié)果具有一定的參考價值和指導(dǎo)作用。

2影響因素分析

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

2.1試驗(yàn)環(huán)境

試驗(yàn)環(huán)境溫度是影響拉伸性能指標(biāo)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，韌性加強(qiáng)，造成試樣在拉伸性能測試過程中拉伸強(qiáng)度變小，斷裂伸長率增大[1]，GB/T8804.1-2022標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，試驗(yàn)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(yàn)室，應(yīng)嚴(yán)格操縱試驗(yàn)室溫度，避免對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

2.2狀態(tài)調(diào)理時間

根據(jù)GB/T8804.1-2022中第6條要求“試驗(yàn)前根據(jù)試樣厚度應(yīng)將試樣置于23±2℃的環(huán)境中進(jìn)行狀態(tài)調(diào)理〞，根據(jù)壁厚的不同，狀態(tài)調(diào)理時間不同。依照理論分析，隨著調(diào)理時間的不同，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(guān)試驗(yàn)論證，拉伸性能指標(biāo)隨調(diào)試時間的變化不大，且無明顯的線性關(guān)系[2]。但這并不代表可以忽略狀態(tài)調(diào)理的重要作用，GB/T8804.1-2022標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)壁厚不同來選擇狀態(tài)調(diào)理時間，是為了有足夠的時間使樣品各部位的物理狀態(tài)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，并保持一定的穩(wěn)定性，而前述試驗(yàn)是建立在調(diào)試時間較長，試樣內(nèi)部已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的狀況，因此假如完全忽視狀態(tài)調(diào)理的重要性，而不調(diào)理或調(diào)解時間不夠，就會如2.1條所論述，試驗(yàn)結(jié)果受到影響。

2.3試驗(yàn)人員

試驗(yàn)人員因素是所有需要人員參與的試驗(yàn)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(jìn)行測量，并根據(jù)所測尺寸數(shù)值進(jìn)行拉伸性能的計算，而尺寸測量過程中，由于受不同試驗(yàn)人員測量力度不同等因素影響，造成測得的尺寸結(jié)果不同。相關(guān)試驗(yàn)證明，如壁厚偏小0.02mm，則拉伸屈服強(qiáng)度數(shù)值偏大0.25MPa[2]，甚至影響更大。因此試驗(yàn)室不可忽略試驗(yàn)人員對試驗(yàn)結(jié)果的影響，應(yīng)加強(qiáng)人員培訓(xùn)，規(guī)范操作流程，使人員影響因素降到最低。

2.4試驗(yàn)設(shè)備

萬能試驗(yàn)機(jī)是拉伸性能測試的試驗(yàn)設(shè)備，影響拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果的因素包括力值傳感器的精度、速度操縱的穩(wěn)定性和精度，夾具和設(shè)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(yàn)機(jī)均是基于金屬材料萬能試驗(yàn)機(jī)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(qiáng)，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(jié)果，但假如夾持力較小，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(yàn)結(jié)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(xì)，夾具滑移現(xiàn)象較為普遍。雖然目前隨著萬能試驗(yàn)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，例如紅外線技術(shù)在大變形位移測量系統(tǒng)上的應(yīng)用，但其成本較高，大部分試驗(yàn)室無法負(fù)擔(dān)，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(jié)構(gòu)設(shè)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，同時勉勵設(shè)備生產(chǎn)廠家，加大研發(fā)力度，解決技術(shù)難題。

2.5試樣的制備

試樣質(zhì)量直接關(guān)系到拉伸性能試驗(yàn)的確切性，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(jié)果的直接因素，特別是對PE管材斷裂伸長率指標(biāo)的影響較大，甚至關(guān)系到產(chǎn)品合格與否的判定。試樣加工刀具的質(zhì)量關(guān)系到試樣表面的光滑程度，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，采用三把不同使用程度的機(jī)械加工刀具制取的試樣，測出的斷裂伸長率試驗(yàn)結(jié)果差距較大[4]，同時經(jīng)過試驗(yàn)證明，即使采用全新的加工刀具，如不對試樣表面進(jìn)行進(jìn)一步打磨處理，所得的測試結(jié)果仍不理想。而GB/T8804.1-2022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，因此假如不同試驗(yàn)室間對試件表面處理的標(biāo)準(zhǔn)不一致，會造成試驗(yàn)室間試驗(yàn)結(jié)果差距較大。

2.5.2取樣部位及數(shù)量的影響

GB/T8804.1-2022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(yàn)測試結(jié)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(jié)果，拉伸屈服強(qiáng)度，斷裂伸長率指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果也有較大的差異?；炫淞匣旌喜痪鶆颉⒐懿臄D出時機(jī)頭溫度操縱等多種因素均可造成上述現(xiàn)象。因此試驗(yàn)室試驗(yàn)過程中應(yīng)嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試樣數(shù)量沿管段圓周均勻取樣，以免對試驗(yàn)結(jié)果造成影響。

2.5.3制樣方法的影響

GB/T8804.1-2022標(biāo)準(zhǔn)中試樣的制備分為沖裁方法和機(jī)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1mm/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(yàn)結(jié)果比較見表1。

由表1可以看出沖裁試樣拉伸屈服應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果要低于機(jī)械加工試樣的試驗(yàn)結(jié)果，這是由于沖裁試樣制樣過程中需要經(jīng)過烘箱