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塑料异型材力学性能测试结果误差浅析

发布时间:2007-05-01
 

白颖李建伟
 大连实德集团技术部,大连16031
 大连绿源有限公司,大连116051

 

    塑料异型材是构成塑料门窗的主要组成部分。塑料门窗以其独特的性能逐渐被人们所认同,但它的力学性能的好坏一直为使用者所观注的问题。塑料异型材力学性能关系到塑料门窗的制作与使用范围,是塑料门窗长年在风吹雨淋和烈日暴晒条件下安全工作的重要保证,是行业内普遍关注、积极探索的重要课题。
   塑料异型材力学性能大致包括抗冲击强度、断裂延伸率、拉伸强度、弯曲模量等项指标。但往往试验结果的误差比较大。笔者对试验过程中容易造成试验结果误差的问题谈一些体会。
             拉伸屈服强度(≥37MPa)和
                断裂伸长率
   拉伸试验是在规定的试验温度、湿度与试验速度下,在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷,测定应力-应变曲线,直至试样被拉断为止。按照GB/T8814《门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》和GB1040《塑料拉伸性能试验方法》规定,试样采用I型,拉伸速度选用10mm/min。那么引起其试验结果的误差主要是试样的制备、温度。
   1、试样的制备
   目前常用的制样方法,大多数是先采用机械加工的方法从型材上取下宽20mm,长150mm 的样片,再在哑铃制样机上制成I 型试样。这种方法的优点是简便易行,但这种制样方法最大的不足是测试结果误差太大。在用哑铃制样机磨样过程中试样必然受到挤压和冲击,并且加工面亦很难保证光洁、弧线连续,容易在试样的检测区域形成缺陷。实际检测中这样的试样其测试结果与其他方法制成的试样测试结果出入很大。
   2、温度
   由于型材是一种黏弹性材料,它的破坏过程也是一种松弛过程,因此温度对其强度有显著的影响。在拉伸试验过程中应控制实验室温度在23℃±2℃。
                弯曲性能试验
   弯曲性能试验是指采用简支梁法,将试样放在两支点上,在两支点间的试样上施加集中载荷,使其在跨度中心以恒定速度弯曲,直到试样断裂或变形达到预定值时的强度。引起弯曲强度试验结果误差的因素主要是试样的影响、温度。
   1、试样的影响
   试样不可扭曲,表面应相互垂直或平行,表面和棱角上应无刮痕、麻点、凹陷和飞边。试样的机械加工面对测试结果有影响,某些产品规范要求从厚度大于规定上限的板材上制取试样时,采用机加工方法,仅从单面加工的方法来制样,实验时将未加工面与两个支座接触,中心压头把力施加到试样的机加工面上。
   2、温度
   和其他力学性能一样,弯曲强度也与温度有关,试验温度无疑对塑料的弯曲性能有很大影响。一般情况下,各种材料的弯曲强度都是随着温度的升高而下降,但下降的程度各有不同。
                简支梁冲击试验
   简支梁冲击强度是评价材料耐冲击韧性的一种方法,影响其结果准确性的因素主要有温度和试样加工。
   1、温度
   在冲击试验中,温度对材料冲击强度的影响很大。随着温度的升高,冲击强度逐渐增加。简支梁冲击试验本身就分常温和低温两部分试验,这也说明温度是影响其测试值的一项重要因素。要获得准确的数据,就应注意对测试温度条件的控制。常温测试应控制23℃±2℃条件下完成试验。低温测试应将试样在-10℃±1℃的条件下放置2 小时以上,然后在23℃±2℃条件下10 秒内完成试验。
   2、试样加工
   简支梁试样如图一所示,在试样加工过程中存在一定的难点,这些难点得不到有效控制,将会直接影响到试验数据有效性。

  (1)试样应无扭曲,并且有相互垂直的表面。所有加工表面应光滑、平整、无划痕、气泡、麻点、杂质、凹痕和毛刺。
   (2)B 到B1两点间距离为60mm±0.2mm。在制缺口过程中如何控制是比较困难的,同时还存在两点间距离的测量问题,因为一般的卡尺测不到缺口底部的B和B1点。
   (3)两侧缺口的对正问题。B 与B1点间的连线是否与侧边垂直,如果不垂直,就说明两侧缺口存在错位误差,这样的试样是测不出有效数据的。
   (4)AA1与CC1线的平行问题。在实际制样中常常会遇到上述两条线不平行的现象,这说明AC 与A1C1边的缺口深度不一致,这样的试样也是不合格的。
   (5)在缺口制样方法中,多数是采用刨样方法加工缺口部位,这个方法特别容易使试样的一面产生严重的毛刺。毛刺的清理是非常困难的事,在清理毛刺时,尽可能不伤及B 和B1,两点的加工点,而这两点都有标准要求的曲率半径R0.25±0.05mm的质量要求。
               拉伸冲击试验
   拉伸冲击试验主要是在规定的拉伸冲击速度下,测定塑料试样断裂所需的能量,是在较高应变速率下的拉伸试验方法,主要测定塑料等非金属材料的脆性、韧性。影响试验结果的主要因素是试样的制备、试样的形状和尺寸、温度。
   1、试样的制备
   GB/T13525—1992《塑料拉伸冲击性能试验方法》规定:试样由注塑或机械加工而成,薄膜或薄片试样可用冲刀裁取。型材样品的制备是先将试样放在烘箱中加热,加热温度使型材软化即可,一般控制在120℃左右,不得出现试样过热现象。试样软化后用冲刀裁取成B 型试样,然后将试样压平冷却,以防止试样变形、翘曲。
   2、试样的形状和尺寸
   试样表面应无损伤,内部无缺陷、厚度均匀。拉伸冲击试样的示意图如图二所示。如果试样冲击区域的上下两侧不是呈垂直状,而是形成梯形,在这种情况下冲击时,如果按照b2的尺寸计算会使实验结果偏大,反之按照b1的尺寸计算会使实验结果偏小。故试样的形状对实验结果的影响最大。

 

  3、温度
  温度对拉伸冲击的影响很大,试验温度应控制在23℃±2℃。


                结   论
  在实验室检测过程中,引起力学性能试验结果误差的原因有许多,只有在检测过程中加以注意、分析、判断,才能提供有效的检测数据。

 


                     原载《塑料制造》2006.4

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