1、拉伸速度对塑料拉伸屈服应力的影响摘 要本文采用国家标准 GB/T1040-2006 对聚丙烯树脂进行了拉伸屈服应力的实验，研究不同拉伸速度下的拉伸屈服应力，并确定了最佳的拉伸实验速度为 50 mm/min。同时对比了实验样条进行状态调节和未进行状态的拉伸屈服应力的差距。 关键词拉伸屈服应力 实验速度 状态调节 中图分类号：U958 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0278-02 1.前言 随着科学技术的飞速发展，特别是聚烯烃工业的发展，塑料制品已经广泛应用到国民生产和生活的各个层面1，那么对塑料的各种性能进行严格的测试就显得非常重要，根据不同测试项目的结果可以判定
2、该种塑料适合用于生产哪种类型的产品。其中力学性能是一个很重要的方面，包括拉伸、弯曲、冲击、压缩、撕裂性能等。而影响塑料拉伸性能试验结果的因素有很多，内在因素有塑料组分变化、分子量大小及分布、分子结构、分子取向程度和内部缺陷等，外在原因有试验仪器、试样的制备与处理、试验环境、试验参数、操作过程、数据处理和人为因素等2。力学性能是结构材料最重要的使用性能，拉伸实验是应用最广泛也是最基础的力学性能实验方法。拉伸性能会随着样品厚度、制备方法、试验速度、夹具种类和拉伸度测量方法等因素的变化而变化3。对于不同的材料，试验速度对性能的影响不同，铝及其合金受拉伸速度的影响较小，软钢、不锈钢受拉伸速度的影响较大
3、，试验速度增加，则强度性能指标升高，延伸性能指标降低；反之，强度性能与延伸性能指标的变化与上述相反4，而聚烯烃树脂的拉伸性能受拉伸速度的影响特别大，尤其是对拉伸屈服应力的影响最大，这是因为塑料属于粘弹性材料，其应力松弛过程与变形速率紧密相关，需要一个时间过程。 从分子运动机理角度来说，聚合物的拉伸过程包括弹性形变、屈服、应变软化、冷拉、应变硬化和断裂。屈服即是在应力作用下链段开始运动，因为链段运动是松弛过程，外力的作用使松弛时间下降，若链段运动的松弛时间与外力作用速度相适应，材料在断裂前可发生屈服，出现强迫高弹性，则表现为韧性断裂。若外力作用时间短，链段的松弛跟不上外力作用速度，为是材料屈服需
4、要更大的外力，材料的屈服强度提高，材料在断裂前不发生屈服，则表现为脆性断裂。本文即主要研究实验速度对拉伸屈服应力的影响。 在材料拉伸或压缩过程中，当应力达到一定值时，应力有微小的增加，而应变却急剧增长的现象，称为屈服，使材料发生屈服时的正应力就是材料的屈服应力。 根据拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。曲线下方所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。它与材料的强度和韧性相关。强而韧的材料 ，拉伸破坏能大 ，使用性能也佳。不同类型的高分子材料的应力-应变曲线是不同，拉伸屈服应力的大小也不一样。典型的聚合物拉伸应力-应变曲线如图 1 所示。 在应
5、力-应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。屈服点之前是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。屈服点之后是塑性区，即材料产生永久性变形，不再恢复原状。 根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率的大小以及其断裂情况，应力-应变曲线大致可分为如图 2 所示的五种类型：软而弱；硬而脆；硬而强；软而强；硬而韧。 所谓的“软”和“硬”是用于区分模量的低或高， “弱”和“强”是指强度的大小， “脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小， “韧”是指断裂伸长和断裂应力都较高的情况。聚丙烯树脂和聚乙烯树脂就属于韧性材料，它们的拉伸应力-应变曲线就是图 2 中的第 5 种。从图 2 可以看出并
6、不是所有的聚合物都有屈服点的，这也就说明不同类型的聚合物其拉伸屈服应力是不同的，有的甚至没用拉伸屈服应力。 2.实验方法 2.1 样品制备 本实验按照国家标准 GB/T1040-20065的要求对聚丙烯树脂进行了拉伸屈服应力的实验。实验所用的原料是神华包头煤化工有限责任公司生产的聚丙烯粒料，牌号是 L5E89。样品制备所用的仪器是克劳斯玛菲注塑机，注塑温度为 230，模温机温度是 40，保压压力是 60 巴，保压时间是 30 秒，冷却时间是 25 秒。所用的模具是 P003955/06。注塑成型的样品的尺寸是 150 mm10mm4mm（平均值） ，属于 GB/T1040-2006 中的型试样
7、。对注塑成型的样条进行严格的挑选，保证样条的表面和边缘无划痕、黑点、空洞、凹陷和毛刺，样条应无扭曲，相邻的平面要相互垂直。样条的数量要足够多，保证每种试验参数下至少有 10 个合格的样条来进行平行试验。 2.2 样品进行状态调节 按照 GB/T2918-19986规定，将样品放在 23，相对湿度为 50%RH的恒温恒湿箱内状态调节 48 小时后再进行拉伸试验。 2.3 样品进行拉伸试验 拉伸实验所用的仪器是美国 Instron 公司的 Bluehill 万能试验机，根据 GB/T 1040-2006，热塑性增强塑料的实验速度有 B、C、D、E、F，即 2 mm/min、5 mm/min 10
8、mm/min、20 mm/min 和 50 mm/min，每种速度下都测试了 10 个样条，而且测试时操作方法要保持一致。测试前用游标卡尺在样条中心位置附近取三个点准确测得样条的宽度，取其平均值作为最终代入计算的数值，用测厚仪在样条中心位置附近取三个点准确测得样条的厚度，取其平均值作为最终代入计算的数值。在夹持样条时为了保证结果的平行性，要求样条上面有数字的一面正对着操作者，样条的切口端朝下。在样条的同一位置画好标线以保证每个样条的夹持位置是一致的。将样条放到夹具中时，要保证使样条的长轴线与试验机轴线在同一条直线上。从试验结果中发现在拉伸速度为 2 mm/min 和 5 mm/min 时，样品
9、未被拉断，而且结果差距很大，故将这两个速度下的实验结果舍去，不参与讨论。 3.实验结果与讨论 3.1 速度对拉伸屈服应力的影响 不同实验速度下的拉伸屈服应力见表 1。 每种实验速度下测试了 15 个样品，将实验结果相差比较大的舍弃，最终选取重复性很好的 10 个结果进行讨论，上述条件下的结果的标准偏差（RSD）分别为：1.11%，0.60%和 0.59%，均小于 5%，所以实验结果是可取的。综上所述，随着拉伸速度的增加，样品的拉伸屈服应力是逐渐增加的。对于 GB/T1040-2006 中的型试样来说，最佳的拉伸速度是 50 mm/min。 3.2 状态调节对拉伸屈服应力的影响 未进行状态调节和
10、进行状态调节的样品的拉伸屈服应力见表 2。 根据 GB/T2918-1998 规定，将样品放在 23，相对湿度为 50%RH 的恒温恒湿箱内状态调节 48 小时。实验速度为 20 mm/min 和 50 mm/min。每种测试条件下均测试了 10 个样品，将实验结果相差比较大的舍弃，最终选取重复性很好的 5 个结果进行讨论，上述条件下的结果的标准偏差（RSD）分别为：0.96%，0.50%，0.79%和 0.67%，均小于 5%，所以实验结果是可信的。从实验结果可以看出，状态调节后的样品的拉伸屈服应力明显的比为进行状态调节的样品的拉伸屈服应力要大。 4.结论 相同条件下，拉伸速度越大，样品的拉
11、伸屈服应力越大。对于GB/T1040-2006 中的型试样来说，最佳的拉伸速度是 50 mm/min。样品经过状态调节后其拉伸屈服应力增大。 对于本公司生产的聚丙烯树脂的拉伸性能测试，要求拉伸实验的样条应该在注塑成型后进行状态调节 48 小时后再进行测试，测试的最佳速度为 50 mm/min。 参考文献 1 周祥兴，郁文娟，张惠曦等.实用塑料包装制品手册.中国工业出版社，2000. 2 张怀志，阎功臣，景丽荣等.影响塑料拉伸试验结果的因素.工程塑料应用，2005 年，第 33 卷，第 10 期. 3 王超先，蔡春飞.塑料拉伸屈服应力不确定度的评定.理化检验-物理分册，2004，7（40）：341-343. 4 陆文华.影响拉伸试验结果的主要因素，广东交通职业技术学院学报，2004 年 12 月第 4 期. 5 国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布.GB/T1040-2006 塑料 拉伸性能的测定M.北京：中国标准出版社，2007. 6 国家质量技术监督局发布.GB/T2918-1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境M.北京：中国标准出版社，1998.
