D63897塑料拉伸性能的标准试验方法.docx

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D63897塑料拉伸性能的标准试验方法

ASTMD638-97

塑料拉伸性能的标准测试方法

1．范围

1．1本测试方法包含对标准哑铃形增强和无增强塑料试样在给定的的预处理，温度，湿度和测试机械速度条件下的拉伸性能的确定。

1．2本测试方法可用于测试任何厚度达到14mm（0.55in）的材料，但是对于落薄板形试样包括厚度小于1.0mm（0.04in）的薄膜，应俦考虑测试方法D882，厚度超过14mm（0.55in）的材料必须加工减薄。

1．3本测试方法包括在室温情况下确定泊松比的选择。

2.参考文件

2.1美材料试验协会标准：

D229　纯缘刚性平板材料测试方法

D374　固体绝缘厚度的测试方法。

D412　硫化橡胶，热塑性橡胶，热塑性橡胶拉伸测试方法。

D618　测试用调湿调温处理塑料和绝缘材料的准则。

D638　塑料拉伸性能测试方法

D651　模制绝缘材料抗拉强度的测试方法

D882　塑料薄板拉伸性能的测试方法

D883　有关塑料的术语

D1822　使塑料和绝缘材料断裂的拉伸冲击能量测试方法

D3039/D3039M　聚合基材复合材料拉伸性能的测试方法

D4000　确定塑料材料的分类系统

D4066　尼龙注入和挤压材料的分类系统

E4　测试机械压力校验准则

E83　应力计校验和分类准则

E132　室温下泊松比的测试方法

E691　确定测试方法精度的室内试验研究准则

2．2ISO标准

ISO527－1拉伸性能的确定

3．术语

4．意义和使用

4．1本试验方法被设计成能为塑料控制和技术要求提供拉伸性能数据。

这些数据有助于定性描述研究和发展，对许多材料，有可能技术要求需要使用本方法，但是当遵守技术要求时，应首先进行一些程序上的改变，因此建议使用本方法前应查阅该种材料的技术要求，分类D4000中表1列出了目前存在的ASTM材料标准。

4．2应该认识到，如果没有测试该种材料的准备方法，不能对该种材料进行测试。

因此，需要材料比较测试时，应特别小心以确保所有试样以同一种方法制作，除非测试包括试样制作的影响。

同样，为了对给定的一组试样进行比较，必须注意以确保在具体制作加工处理试样时保持最大程度的同一性。

4．3拉伸性能能为工程设计提供有用的数据。

可是由于许多塑料表现出来对应变率和环境和高度敏感性，由本种方法得到的数据应用到负荷时间比例或环境与本方法相差太大的工程中时，被认为是无效的。

这些差异性，不能对大部分塑料的有效性界限作出评价。

如果拉伸性能要满足工程设计需要，塑料对应变率和环境的敏感性使得有必要在广泛的负荷时间比例和环境条件范围内进行测试。

4．4泊松比――当轴向力作用于固体时，固体在作用力方面上，被拉伸（轴向），今明两天它在作用力两侧垂直方面会产生收缩。

如果固体是均质各面同性以及在力作用下保持弹性，那么侧向应变与轴向应变的比例为一常量。

这个常量、泊松比，定义为在轴向力作用下，向应变与轴向应变的反比例。

4．4．1体积变化是因为外力作用产生的结构物泊松比被用于这些结构物的设计以及用于结构分析的弹性理论。

5．仪器

5．1测试设备――十字头常速率移动的测试设备主要包括以下构件：

5．1．1固定构件――带夹子的固定或不动的构件

5．1．2可动构件――带第二只夹子的可动构件

5．1．3夹子――用于将试样固定在不动构件和可动构件之间的夹子可以是固定的或自校准类型的。

5．1．3．1固定试夹子被完全刚性的附在测试设备的固定和可动构件上。

当使用这种夹子时，应特别小心地插入和夹紧试样以确保试样的长轴与拉力方向保持一致。

5．1．3．2附在测试设备的固定和可动构件上的自校准夹子应能在任何荷载作用自由地进行直线运动，以确保试样的长轴与拉力方向保持一致。

试验应尽可能地与拉力方向一致以确定夹子不会产生可能引起滑移的旋转运动。

自校准夹子允许的念头量有一个限制。

5．1．3．3试样固定时应尽可能地防止产生相对于夹子的滑移。

具有类似粗糙单面锉刀的深刻痕或锯齿的夹子表面，适合于象热固性材料的硬逆，锯齿间距大约2.4mm（0.09in）深约1.6mm（0.06in）。

细锯齿可适合于象热固性材料的硬塑，应当保持齿清洁和锐利。

有时夹子在使用时会折断甚至在使用深锯齿或磨损过的试样表面时也会发生断裂。

在这些情况下，应使用其他技术。

其它有用的技术，尤其是有光滑表现的夹子，将磨损掉在夹子中试样的表面部分，以及在试样和夹子表面之间放置防滑布防滑纸，塑料，或表面涂橡胶的织物。

通常被称为护板。

许多情况下80号防滑纸是有效的。

纤维与磨损料编织成的织物也是有效的。

试样厚度，T,mm（in）A

尺寸

（见图）

＜＝7（0.28）

大于7小于14（0.28-0.55）

<=4（0.16）

种类I　种类II

种类III

种类IV（B）种类V（C，J）

W――窄断面宽度

L――窄断面长度

WO――总宽度，minF

WO――总亮度，minF

LO――总长度，minG

G――标准长度

G――标准长度

D――夹子间距

R――圆角半径

RO――外径（种类IV）

A所有模制试样或其它可能的种类I，II试样的厚度T应该是3.2+-0.4mm（0.13+-0.02in），如果试样是由片材或板加工制成的，厚度T应是片材或或板的厚度不超出想要试样的范围。

对于厚度大于14mm（0.55in）的片材，应被加工成厚度为14+-0.4mm（0.55+-0.02in）的试样与种类III试样一起使用。

对厚度在14和51mm之间的片材，应从每个表面加工相同数量的试样。

对厚板试样的两面都应被加工。

参考征材的原始厚度，注明试样的位置。

厚度容许偏差小于14mm（0.55in）应成为被测试材料等级的标准。

B对种类IV试样，模具窄断面的内部宽度应为6.00+-0.05mm（0.250+-0.002in）。

这是测试方法D412中模具C的尺寸。

C种类V试样应被加工成如图所示的尺寸，或在模具有相应容积的模子里模制。

尺寸如下：

W＝3.18+-0.03mm（0.125+-0.01in）

L=9.53+-0.08mm（0.375+-0.003in）

G=7.62+-0.02mm（0.300+-0.001in）

R=12.7+-0.08mm（0.500+-0.003in）

其它容许偏差如表中所示。

D与缩减断面其它部分相比，中心宽度Wc应为＋0.00mm，-0.10mm（+0.00in,-0.004in），中心宽度的任何减小都应是有梯度的以使在尺寸上没有突然的变化。

E对模制试样，厚度为3.2mm（0.13in）种类I或II类试样允许不超过0.13mm（0.005in）的轮廓。

当计算试样宽度时应考虑这种因素。

因此，具有最大允许轮廓的典型模制种类试样I尺寸如下：

F为了避免夹子的断裂，总宽度应大于指定最小值。

G为了避免夹子断裂或满足特殊的测试要求，总高度应大于指定最小值。

H测试H号或应变H间距。

I对高伸缩聚合物，当使用自紧式夹子时，夹子间距将由使用的夹子类型来确定，如果一旦选择均匀分布，间距就没有什么特别要求。

　　　　　　　　图见原稿

J　ATSM总部提供种类V试样时，同时提供测试方法D1822中L试样的数据，需要RR：

D20－1038

　　　　　　图1　片材板和模制塑料的拉伸测试试样

减小试样横断面面积也是有效的。

为了消除夹子的滑移和断裂，有时需要使用特殊型号的夹子。

5．1．4传动机械――传动机械装置使可动构件产生一个相对固定构件均一可控的速度。

这个速度的调节在第8部分作出了规定。

5．1．5荷载指示器――一个合适荷载指示器能够指示当试样固定在夹子时所受的拉力。

这种机械在指定测试速率下应该没有惯性滞后，应该对指示荷载具有正负1%准确度或更好。

测试机械准确性应根据E4规则进行验证。

5．1．6固定构件可动构件传动机械和夹子应该由这些材料按一定比例建造使得在测试期间和机械允许承担任何荷载下，系统的弹性总体纵向应受不超过试样上标准尺寸标准间距纵向应变的1%。

5．2应变计――当试样被拉伸时，应使合适的仪器来确定试样标准长度上指定两点的间距。

为了参考对比，应变计应放置在试样全标准长度上，如图1所示，希望仪器能自动记录这个距离或这个距离的任何改变。

作为作用在试样上的荷载或所用时间的函数。

如果只得到时间函数，那么必须要有荷载－时间数据。

在指定测试速率下，仪器应该没有惯性，按照E83规则对应变计分类并定期校准。

5．2．1弹性模量测量――测量弹模时，应使用最大误差为0.0002mm/mm（in/in）并能自动连续记录的应变计。

B－2等级应变计可以满足要求。

5．2．2测量――测量屈服应变或低应变（＜＝20%），可以使用前述应变计，但应拉长变细20%，任何情况下，应变计都应满足C等级的要求，它包括0.001的固定应变误差或正负1.0%的指示应变误差。

5．2．3高应变测量――测量应变大于20%时，测量误差不大于正负10%的技术是可以接受的。

5．2．4泊松比――双轴或单轴应变计以及能同时记录轴向应变和横向应变的横向应变计。

应变计能以1%相对值的准确率来测量应变的改变。

5．3千分尺――测量试样宽度厚度时应使用精度至少为0.025mm（0.001/in）的千分尺，刚性和非刚性塑料的所有宽度和厚度可由手动千分尺测量。

用于测量非刚性试样的合适仪器有：

（1）25＋－2.5Kpa（3.6+-0.36Pai）的挤压测量压力

（2）可动环形挤压脚直径为6.35+-0.0025mm（0.25+-0.001in）.（3）一个足够大的砧座，能够在各方面延伸超出挤压脚。

同时与挤压脚平行间距为0.005mm（0.0002in）。

挤压脚和砧座的平整度应符合测试方法D374校验部分。

这部分是关于“千分尺表面平整度”的。

6．试样

6．1片材，板和模制塑料

6．1．1刚性和半刚性塑料――试样应符合图1所示尺寸。

当有足够厚度小于等于7mm（0.28in）的材料时，应优先使用种类I试样。

当使用种类I试样材料不会在窄断面上断裂时可以使用种类II试样。

当厚度为小于等于4mm（0.15in）的材料有限时，或大量试样暴露在有限窨时（热或环境稳定测试等），应使用种类V试样。

当需要进行不同刚度情况下材料的直接比较时，应使用种类IV试样，厚度大于7mm（0.28in）但小于14mm（0.55in）的材料，应使用种类III试样。

6．1．2非刚性塑料――试样应符合图1中的尺寸。

种类IV试样应用于测试厚度小于4mm（0.16in）等于的非刚性塑性。

对于厚度大于7mm（0.28in）小于14mm（0.55in）的所有材料，应使用种类III试样。

6．1．3加筋复合材料――包括高度正交各向异性层压制品的复合材料，它的试样应符合图1所示种类I试样的尺寸。

6．1．4制备――试样应该通过机械加工模具切割从片状板状材料制成。

厚度大于14mm（0.55in）的材料必须被加工成厚度为14mm（0.55in）的种类III试样。

试样可以通过模材料进行制备。

　　　　　　见原图

　　　　　　试管尺寸

标称壁厚

径向断面的长度

试样最小计算长度

适用于89mm（3.5in）钳子的试样

2R.S.

标准长度L

A对其它长度大于89mm（3.5in）的钳子，标准长度应增加两倍钳长减去178mm（7in）的长度。

在保持钳夹最大长度时，标准长度允许每个钳夹产生大约6.4到12.7mm（0.25到0.50in）的滑移。

6．2刚性试管――用于刚性试管的试样如图2所示。

在长度方向的中心沿试样四边应加工一沟槽以使加工后的槽壁是原标称槽壁厚度的60%。

沟槽包括长度为57.2mm（2.25in）的直线部分以及与之两端相连的半径为76mm（3in）的圆形部分。

钢或铜插头的直径应使它们正好嵌入试管内部。

长度应等于总钳长加上25mm（1in）。

为防止压碎插头和测试装配的细节，如图2所示。

6．3刚性杆――用于钢性杆的试样如图3所示。

长度L如图3中表所示。

在长度方向的中心沿试样四周应加工一沟槽以使加工部分的直径是原直径的60%，沟槽包括长度为57.2mm（2.25in）的直线部分以及与之两端相连的半径为76mm（3in）的图形部分。

6．4试样表面应没有瑕疵麝香痕等。

粗加工过程中留下的印痕应用细锉刀或砂布仔细地除去。

砂纸磨平锉过的表现、打磨行程应与试样长轴方向平行。

除去模制试样上所有的尘灰。

不要扰动模制表面。

在加工试样时，应避免超出如图上所示的尺寸容许偏差的切割。

同时应避免其它觉的加工错误。

6．5如果有必要在试样上放置校准记号，应使用不影响测试材料的蜡笔和印第安那墨水。

不能将校准记号刻划，冲孔或印在试样上。

6．6当测试材料可能是各向异性时，应准备几套复制过的试样，使它们的长轴各向平行于各向异性的各个可能方向。

7．试样数量

7．1各向同性材料每个样品必须有5个试样进行测试。

7．2各向异性材料每个样品必须测试5组平行于各向异性主轴方向的试样。

除去在明显偶然瑕疵处断裂的试样或那些在预告确定的标准记号之间不断裂的试样，重新进行测试，除非这些瑕疵含有被研究的变量。

　　　　　　见原图

　　　　　　杆状试样尺寸

标称直径

径向断面的长度

试样最小计算长度

适用于89mm（3.5in）钳子的试样

2R.S.

标准长度L

A对其它长度大于89mm（3.5in）的钳子，标准长度应增加两倍钳长减去178mm（7in）的长度。

在保持钳夹最大长度时，标准长度允许每个钳夹产生大约6.4到12.7mm（0.25到0.50in）的滑移。

　　　　　　图3　测试机械中杆拉伸试样的位置示意图

8．测试速度

8．1测试中应采用装置相对比率运动，如果测试速度结果在允许范围内变动，运动比率将在驱动装置停止时使用。

8．2依据表1采用测试速度，使用已测试材料的详细说明或有关协议来测定被选择的测试速度，如速度未加确定，使用表1中关于样品在5分钟内断裂的低速。

8．3当所记录数相同，选择另一张力特性的速度来测定系数。

8．4泊松比测定将在相同系数下测定

9状态

9．1状态――测试样品需置于23+-2摄氏度（43.4+-3.6F）及50＋－5摄氏度相对湿度的标准实验室中进行，如条件不同，偏差需在1摄氏度（1.8F）及＋－2%相对湿度。

10程序

10．1使用精度为0.025mm（0.001in）的显微镜，在刚性样品的横截面上测量其厚度，使用同种方法测量非刚性样品，将刚性样品垂直置入非刚性管管芯，测量杆状试件直径，及管状试件内外径，精确至0.025mm（0.001in），使用如图2所示方法进行附加测试。

10．2将试件置于检验装置内，使试件与紧固装置长轴线相同，并且虚线连接机器及试件。

如使用板状试件，表面与底部距离如图1，管状或杆状试件如图2及3，旋紧紧固装置以防止脱落，但不能损坏试件。

10．3固定分指示器。

测定系统后，分指示器需持续记录试件数值，即将拉伸长度作为通过起点的荷载拉伸的曲线函数。

10．3．1泊松比测定

10．3．1．1测定泊松比时，已测定的检验速度及荷载范围应于弹性系统相同。

10．3．1．2固定横向拉伸测量装置，此装置需与纵向拉伸测量装置同步测量拉力。

10．3．1．3记录同时测定的荷载及拉力数据，泊松比的数值由纵向及横向拉力测定。

10．4如第8节所说，开启并设定机器速度。

10．5记录试件荷载范围曲线。

10．6分别记录试件弯曲及试件破裂的荷载范围。

11．计算

11．1拉力――计算拉力用最大的荷载（以牛顿计）除以最小的截面（以平方米计）。

记录三次试件弯曲及破裂时拉力的数值。

如此时拉力小于当前拉力，仍可用近似方法计算此时拉力并记录。

11．2拉伸百分比――如弯曲荷载大于断裂荷载，计算弯曲时拉伸百分比。

否则，计算断裂时拉伸百分比。

记录当荷载达到时的范围。

用延伸长度除以原始长度再乘以100%，记录弯曲时拉伸百分比及断裂时拉伸百分比。

当弯曲或断裂荷载小于当前最大拉力，仍可用近似方法计算并记录。

11．3弹性系统――计算弹性系数，用在花卉范围曲线内的延伸长度除以作用在任一弧形截面上的拉力，所有系数值，需使用平均截面面积计算，结果应表达为压强并记录三次重要数据。

11．4切割系数――如需要，需计算弹性系数，如图A1.3及A1.2所示作切线，标出从弯曲点开始的拉伸，此切线通过o点，应力是由荷载范围曲线及平均截面面积确定的。

11．5泊松比――纵向拉力Ea由纵向伸长仪测定，横向拉力E由横向伸长仪测定，由图示提供荷载，P，如图4所示，一条通过每五组点及斜坡的直线，dEa/dp与dEt/dp，

M=-（dEt/dp）（dEa/dp）

其中dEt=横向拉力变量

dEa=纵向拉力变量

dEp=荷载变量

11．5．1由通过一点划直线而产生的错误可通过用小面积计算的方法支除。

11．6在每次测试中，计算算术平均值，并视作精确值计算。

11．7用以下公式计算标准偏差，并记录两次数据。

S=

其中S＝标准偏差

X＝每个观测数据

N＝观测次数　

11．8坡角裣信息见附录A1。

12报告

12．1报告包括以下内容

12．1．1完整的测试材料说明，包括式样，产地，生产厂商，尺寸，等。

12．1．2准备试件的方法

12．1．3试件的式样及外形尺寸。

12．1．4程序步骤的要求。

12．1．5实验室的气候条件

12．1．7测试的速度　

12．1．8弯曲点及破裂点伸长长度，平均值，标准偏差

12．1．9弯曲点及破裂点的拉应力，平均值及标准偏差

12．1．10弯曲点及破裂点的伸长百分比，平均值及标准偏差

12．1．11弹性系统，平均值，标准偏差。

12．1．12测试时间

13．精度与误差

13．1精度――表格2到6是通过在8个实验室中对类别1试样的5种材料进行测试所得出的，厚度均为0.125英寸，每个测试结果建立在5个不同试件测定基础上，每个实验室对同一材料有两组不同测定数据。

13．1．1表格7－10测试了8种聚酯材料，每个试样都被光铸成形每个结果均为测试结果均值，每个实验室包括三组不同测试结果，从某些实验室得到的数据因各种原因无法应用。

13．1．2表2列10，对5个试样进行测试，提供所导生出的有关测试结果的数据

13．1．2．1Sr是平均偏差，Ir=2.83Sr（见13.1.2.3，对Ir的解释）

13．1．2．2SR是平均偏差，IR＝2.83（见13.1.2.4对IR的解释）

13．1．2．3重复性，如所采用的Ir值不同，则对同一试样采用相同测试方法所得结果不同。

13．1．2．4再生性：

如所采用的IR值不同，则对同一试样采用不同测试方法（在不同的实验室中或在同一实验室中运用不同设备）得出结果不同。

13．1．2．5与13.1.2.3和13.1.2.4一数的判断有95%的准确率。

13．1．2．6其它公司计算结果有所不同

13．1．2．7有关方法的详细信息请察阅E691。

13．1．2．8一致的试样准备工作决定了试验精度，在其它文献中论述了标准惯例。

13．2误差――针对这种测试方法的估计误差无公认标准。

14重要词语

14．1弹性系统；延长百分比，塑料，拉力器，拉应力

附录

A1　趾端补偿

A1－1在应力曲线中（图1－1）有一个趾端区，AC，这并非材料本身属性，而是人工的放置试样所导致的，为了提供正确数值如系数，参数，力，弯点，人工补偿可使力的延伸在轴线旁得到补偿。

A1－2图A1－1中，CD区通过O压力轴线，交点B压力为零，所有拉伸都需经过测定，包括弯点（BE），如需要，可通过测定CD线上任意点压力来求得弹性参数。

A1－3如图A1－2所示，同样的趾端区域由在斜线上斜度最大的点作红线与斜线相交的点H组成，这个区域与压力轴线相交B’，是无压力区域。

A2塑料张力测试中的相差术语和符号的定义。

A2－1弹力界限――最大压力是材料在无外力基础上的支撑能力，以牛顿力每平方英寸为单位。

A2－2拉伸――试样在拉荷载作用下由标准尺寸增长的长度，以英寸为单位。

A－2－3标准尺寸――试样原长，可测定拉力及长度改变。