拉伸性能测试

拉伸性能测试（静态）拉伸性能测试主要确定材料的拉伸强度，为研究、开发、工程设计以及质量控制和标准规范提供数据。

在拉伸测试中，薄的薄膜会遇到一定困难。

拉伸试样的切边必须没有划痕或裂缝，避免薄膜从这些地方开始过早破裂。

对于更薄的薄膜，夹头表面是个问题。

必须避免夹头发滑、夹头处试样破裂。

任何防止夹头处试样发滑和破裂，而且不干扰试样测试部分的技术如在表面上使用薄的橡胶涂层或使用纱布等都可以接受。

从拉伸性能测试中可以得到拉伸模量、断裂伸长率、屈服应力和应变、拉伸强度和拉伸断裂能等材料性能。

ASTM D 638 (通用）[4]和ASTM D 882 [5](薄膜）中给出了塑料的拉伸性能（静态）。

拉伸强度拉伸强度是用最大载荷除以试样的初始截面面积得到的，表示为单位面积上的力（通常用MPa为单位）。

屈服强度屈服强度是屈服点处的载荷除以试样的初始截面面积得到的.用单位面积上的力（单位MPa)表示，通常有三位有效数字。

拉伸弹性模量拉伸弹性模量（简称为弹性模量，E)是刚性指数，而拉伸断裂能（TEB,或韧性）是断裂点处试样单位体积所吸收的总能量。

拉伸弹性模量计算如下：在载荷-拉伸曲线上初始线性部分画一条切线，在切线上任选一点，用拉伸力除以相应的应变即得（单位为MPa)，实验报告通常有三位有效数字。

正割模量（应力-应变间没有初始线性比值时）定义为指定应变处的值。

将应力-应变曲线下单位体积能积分得到TEB，或者将吸收的总能量除以试样原有厚度处的体积积分。

TEB表示为单位体积的能量（单位为MJ/m3)，实验报告通常有两位有效数字。

拉伸断裂强度拉伸断裂强度的计算与拉伸强度一样，但要用断裂载荷，而不是最大载荷。

应该注意的是，在大多数情况中，拉伸强度和拉伸断裂强度值相等。

断裂伸长率断裂伸长率是断裂点的拉伸除以初始长度值。

实验报告通常有两位有效数字。

屈服伸长率屈服伸长率是屈服点处的拉伸除以试样的初始长度值，实验报告通常有两位有效数字。

塑料薄膜的包装产率有一种专门的ASTM测试方法（ASTMD 4321[6])测定塑料薄膜的“包装产率”，以试样单位质量上的面积表示。

在这种测试中，定义并得到标称产率(用户和供应商之间达成的目标产率值）、包装产率（按标准计算的产率）、标称厚度（用户和供应商之间达成的薄膜厚度目标值）、标称密度和测量密度等值。

对于加工厂商来说包装产率值很重要，因为它决定了某种应用中一定质量的薄膜可以得到的实际包装数量。

薄薄膜测试用ASTM D 882标准拉伸测量中，结果可能并且经常出现偏差，要么是因为用了不同几何形状的不同试样，和/或是测试过程中采用了不同的测试速度。

但这种测试得到的数据不能认为适用于载荷时标准与测试中实际所用的有很大差异的应用。

实际上，薄膜厚度不同，建议采用的试样形状会不同，不同标准中都有规定（如ISO 527对厚薄膜作了规定[7－9]，ISO 1184[9]和ASTM D 882对厚度≤0.25mm的薄膜作了规定[5])。

下面简述ASTM D 882—95a。

选用的载荷范围应使试样在其上限三分之二内断裂，建议进行几次试验。

在几点测量试样的截面面积、宽度（精确到0.25mm)和厚度（厚度≤0.25mm的薄薄膜精确到0.025mm，更厚的薄膜精确到1%)。

设定夹头分开速率，将试样放在夹头间，均匀夹紧，启动机器，记录载荷与伸长值曲线。

ASTM D 882—95a的表中给出了不同塑料薄膜的特征拉伸值。

就拉伸强度（11〜37.9MPa)而言，LDPE是用作大棚覆盖材料的薄膜中最弱的一种[10]。

聚乙烯（PE)的密度从LDPE增加到高密度聚乙烯（HDPE)，拉伸屈服强度和刚性也在增加，而伸长率和柔性降低[11]。

这是因为结晶区大大提高了弹性模量和高温时塑料的承载能力[12]。

从ASTM D 882—95a中的表看到的另外一种作用是增强影响，这是薄膜吹胀过程中产生的分子取向造成的，因为在分子水平上，分子链上共价C—C键方向上的拉伸性能高于横向，后者是非常弱的范德华键决定的。

由于LDPE薄膜的晶体优先朝平行于机器方向（纵向）取向，沿机器方向作用的载荷产生的拉伸强度值高于其垂直方向。

事实上，不仅是薄膜方向，熔体温度、机头参数、吹胀比、拉伸比、霜白线高度和冷却条件等参数都会使组分相同的两种薄膜的力学性能不同[13](详见第2章）。

冲击强度冲击值表示材料吸收冲击能的总能力，由两部分组成：(a)键断裂所需的能量；(b) —定体积的材料变形所消耗的功。

对较脆的试样来说，ASTM D 256[14]将塑料总的冲击性能规定为标准化锤摆一个摆作用于辊磨的缺口（Izod测试和Charpy测试）或无缺口试样所释放的能量。

结果表示为单位试样宽度所吸收的能量。

而对韧性塑料薄膜来说，建议采用自由落镖法。

自由落镖法（ASTM D1709[15]或ISO 7765-1[16]和ISO 7765-2[17])测量LDPE的冲击性能有一个专门的ASTM标准，结果有两种情况，即260g和881g (厚0.20mm)薄膜。

LDPE有良好的韧性，但随着材料密度降低。

ASTM D 1790[17a]和ASTM D 746[18]是特定“脆性”温度常规测量的测试方法，在“脆性”温度处，塑料在规定的冲击条件下发生脆性断裂。

第一种方法用于薄（≤0.25mm)塑料薄膜；第二种方法用于实际承载条件。

这样就可以得出预测低温时材料性能的方法，这对于在各种温度条件下使用的塑料薄膜来说非常重要。

这种测试也适用于类似的变形条件.而且在测试中用统计方法估算脆性温度，即50%试样断裂时的温度。

自由落镖法测冲击强度ASTM D 1709—91[15]给出了在自由落镖冲击规定的条件下使塑料薄膜断裂的能量的测量，单位为质量单位（发射体的质量），落镖从规定高度处落下，使50%试样断裂。

塑料薄膜的冲击强度尽管部分取决于其厚度，但与试样厚度没有简单的关系。

测试的试样应该足够大，所有点都伸到试样夹具垫外。

试样应代表所研究的薄膜.应该没有针孔、摺皱、折叠和其他明显缺陷，除非这种缺陷是研究中的参数。

抗摆锤冲击性与其他韧性测量技术一样，ASTM D 256[14]为应变速率接近某些应用时测量材料参数提供了一种手段，而且结果比低速单向拉伸测试更准确。

薄膜的动态拉伸性能很重要，尤其是薄膜用作包装材料时。

运用其他冲击测试（如ASTMD 1709[15])、与厚度关联的同样不确定性也适用于这一测试。

―有数种薄膜试样冲击测试方法。

有时需要掌握不同方法得到的测试结果之间的关系，因此，对两种树脂[聚丙烯（PP）和线型低密度聚乙烯(LLDPE)]生产的薄膜进行了研究，每种树脂都生产了两种厚度的薄膜，用ASTM D1709[15]、 D 3420[19]和D 4272[20]进行冲击测试。

可以预测出D 1709和D 4272 两种测试方法得到的结果之间的差异，因为D 1709表示断裂引发能，而D 4272 表示引发和完成能。

抗剧烈冲击性尽管冲击性能是一种有测量价值的性能，但冲击过程中发生的事情的复杂性和多样性使得到的值的适用条件很窄，不能用于通用设计。

因此，已设计出与使用有关的冲击测试，用于大宗产品如大棚覆盖材料的测试。

按照这一方法，水平立起大棚顶的一整半，用尼龙球乱射。

用摄像机纪录冲击破坏。

用4mm厚的单层玻璃作参比材料，所有材料都与其数据比较。

抗撕裂性塑料薄膜的抗撕裂性是其极限抗断裂性的一种复杂功能，有不同的ASTM 标准测试薄膜的抗撕裂性：ASTM D 1004[21]用于测量很低加载速率下引发撕裂必需的力，而ASTM D 1938[22]测量的是单一撕裂使撕裂扩展所必需的力。

ASTM D 1922[23]用埃尔曼多夫型撕裂测试机测量特定长度的塑料薄膜使撕裂扩展所需的平均力值。

在ASTM D 2582[24]中，测试的是薄膜的抗穿刺扩展撕裂性。

在这些测试中，有两个不同的值很有意义，要测量：(1) 引发撕裂所需的力（ASTM D 1004和ISO 344[25])；(2) 撕裂扩展所需的力（ASTMD 1938、 D 1922和ISO 6383-1[26]）。

ISO标准对大棚膜有具体规定。

第二个力（使撕裂扩展所需的力）被认为最重要，因为，尽管有时不可能防止大棚膜撕裂（如薄膜没有固定牢，被大风掀起，撞到结构的突出部分），但如果撕裂很难扩展，就非常有利。

抗撕裂引发也很重要，一般也不能忽略。

对于农用塑料薄膜来说，就其总的力学性能和常见断裂机理而言，塑料薄膜的抗撕裂性非常重要。

研究发现，LDPE薄膜的抗撕裂扩展性变化很大。

抗撕裂扩展性能的测试值为5～20N[27]。

这一变化的可能原因是各向异性、伸长的影响、所测薄膜厚度变化以及撕裂过程中所用速度不同。

摆捶方法测试塑料薄膜和薄片材的抗撕裂扩展性ASTM D 1922—94a[23]给出了特定长度的塑料薄膜撕裂扩展所需的平均力的测量，广泛用于包装材料。

尽管不总是有可能将薄膜撕裂数据与其他力学性能或韧性关联，但在应变速率与实际包装应用中发现的一些近似时，这种方法所用仪器为撕裂试样提供了一种控制手段。

由于生产过程中有取向，塑料薄膜和片材在其抗撕裂性上经常表现出明显的各向异性。

一些薄膜在撕裂过程中大幅度伸长.使这一情况更加复杂，即使是在测试方法中加载速率较快时。

伸长程度又取决于薄膜的取向和生产薄膜的聚合物本身的力学性能。

撕裂力和试样厚度之间没有直接的关系。

撕裂力通常用毫牛（mN)或克力（gf)表示。

ASTM D 1922中的表比较了各种塑料薄膜纵横向的抗撕裂扩展（埃尔曼多夫撕裂）性。

从表中给出的数据可以看出，LLDPE在纵横向上的抗撕裂值都是最高的。

PP的纵向抗撕裂值低.而横向较高。

纵横两个方向上的差异反映了材料的取向程度和各向异性程度。

加工过程中PS的取向不明显，因此其纵横向的抗撕裂性没有什么差别。

抗穿刺蔓延撕裂性能A STM 0 2582—93[24]给出了料薄膜和片材在使用过程中突遇危害时的动态抗撕裂性能的测量。

穿刺扩展撕裂测试测量了材料对突发性危害的抵抗能力，或者更精确地说是抗导致撕裂的动态穿刺及其扩展能力。

多种应用中都有突发性危害所造成的破裂.包括工业包装袋、衬里和油布。

这种测试中仪器测量的抗撕裂性的单位为牛顿（N)。

抗撕裂性可以采用（508±2)mm的标准跌落高度来测或者用非标准跌落高度（或支架质量）。

弯曲刚性（挠曲模量）ASTM D 747[28]和D 790[29]给出了塑料片材和薄膜弯曲刚性的测量。

在测试中，试样受三点或四点弯曲载荷作用，如弯臂梁，用弯曲的力和角度测量表观挠曲模量（或弯曲刚性）和屈服强度、动态力学性能动态力学分析（DMA)进行的测试给出了弹性模量和损耗模量以及损耗角正切（阻尼）与温度、频率和/或时间的关系，是塑料黏弹性的表征。