试验机条件设置对ABS拉伸性能测试的影响

郭 乔，李贵阳，郭玲玲，吴 博

（金发科技股份有限公司 分析测试中心，塑料改性与加工 国家工程实验室，广东 广州，510663）

0 前言

拉伸性能是材料力学性能测试中最常见、也是最重要的性能之一［1］，其中拉伸模量、拉伸强度及应力-应变曲线是塑料拉伸测试的几个重要指标。从试验角度，拉伸性能测试结果受试样制备方法、拉伸速率、温度等外在因素的影响已被广泛研究［2-4］，然而，有关试验机测试条件设置的一些问题并未引起足够的重视。因此，本文选用ABS材料进行研究，对试验机夹具、引伸计精度和位置及标称应变测试方法对拉伸性能测试结果的影响进行讨论。

1 试样制备和试验方法

1.1 试验材料

ABS原材料121。

1.2 仪器及设备

注塑机CJ830型 中国震德塑料机械有限公司；

电子万能试验机 BT2-FR020TEW.A50 德国Zwick／Roell公司；

引伸计 德国Zwick／Roell公司；

数显千分尺（0～25mm） 桂林广陆量具厂。

1.3 试样结构及试验方法

采用ISO 527-2 2012规定的试样结构的尺寸，如图1所示。

图1 ISO 527-2试样结构的尺寸

拉伸性能按ISO 527 2012测试。ABS的拉伸速率为50mm／min，拉伸模量测试速率为1mm／min，标距为50mm。

2 结果与讨论

2.1 夹具对测试结果的影响

拉伸夹具的设计主要有手动和气动两种。由于夹具不同，对试样的夹持方式及夹持力也会有相应的变化。表1为同一台设备的气动夹具和楔形夹具对ABS拉伸性能的影响。

表1 夹具类型对ABS拉伸性能的影响

对设备进行力清零操作后夹持试样。在相同条件下，气动夹具水平夹紧试样，在垂直于试样纵轴方向产生较大的夹持力（达-240N）。而前伸式楔形夹具在夹紧试样时，沿试样纵轴方向对其施加相对挤压作用，表现出较小的预应力。在测试时，气动夹具需要较长的时间进行预应力平衡，但对测试结果无影响。

不同气压下ABS的应力-应变曲线，如图2所示。由图2可以看出：选择气压为0.20MPa时，当应力达到30MPa后，应力-应变曲线出现明显波动，此时试样因夹持力不够在夹具内打滑；而气压为0.50MPa与0.75MPa时的应力-应变曲线基本重合，说明当气压足以夹紧试样时，夹持力对测试结果无影响。

图2 不同气压下ABS的应力-应变曲线

2.2 位移传感装置对测试结果的影响

对于通用的电子万能试验机，可根据实际应用选择横梁或引伸计作位移传感器。

2.2.1 引伸计精度

根据电子万能试验机的工作原理，传感器的电压模拟信号被不断地转换成频率信号，而模拟数字转换的分辨率则取决于频率计数的时间。该时间段即积分时间。在实际测量过程中，分别选择积分时间为2s，10s，50s进行拉伸性能测试，结果如表2所示。积分时间对拉伸模量、拉伸强度以及断裂标称应变的测试数据影响不大。但是计算每组5根试样断裂标称应变的标准差依次为0.046，0.311及1.621。这说明随着积分时间增加，测试数据波动明显增大。

表2 引伸计精度对ABS拉伸性能的影响

2.2.2 引伸计位置

在实际试验过程中，发现部分试样拉伸断裂发生在标距外偏远浇口处。按照ISO 527-2得到的数据是无效的。于是在试样平行段调整引伸计的位置，测试结果如表3所示。不同引伸计位置下ABS的应力-应变曲线，如图3所示。

由表3可知：引伸计的位置对拉伸模量和拉伸强度的影响不明显。当引伸计处于中部略偏向近浇口的位置时，断裂标称应变明显降低。结合试样断裂情况和应力-应变曲线图发现：试样屈服后的变形大部分集中在偏远浇口处，此时如果引伸计偏近浇口，则在标距范围内不足以监控试样的变形，造成断裂标称应变的测试偏差。

表3 引伸计位置对ABS拉伸性能的影响

图3 不同引伸计位置下ABS的应力-应变曲线

2.3 软件计算方法对测试结果的影响

根据ISO 527-1，关于标称应变的计算有两种方法：方法A基于夹具相对于初始位置的位移，而方法B则先采用引伸计精确测得试样的屈服应变，然后与屈服后的应变相加得到标称应变。标准指出对于存在屈服（或颈缩）的试样，推荐使用方法B。不同测试方法下ABS的应力-应变曲线，如图4所示。方法A与方法B测得的拉伸强度相同（44.5MPa），并且屈服后的应力-应变曲线差异不大。但是，相比于方法B，方法A测得的屈服拉伸应变较大。因为试样在拉伸过程中的变形分布于整个拉伸段而不仅仅在引伸计内。

图4 不同测试方法下ABS的应力-应变曲线

3 结论

（1）气动夹具和楔形夹具对拉伸测试结果无影响。但是气动夹具预应力较大，应避免错误的清零操作导致试验误差。

（2）随着引伸计积分时间的增加，数据波动增大。但是对拉伸性能测试结果影响较小。必要时，引伸计的位置需要进行适当调整，保证试样断裂在标距内得到准确的结果。

（3）测试标称应变时需要对测试方法进行确认。对于存在屈服的试样优先采用方法B，否则得到的断裂标称应变会偏大。

［1］ 周维详.塑料测试技术［M］.北京：化学工业出版社，1987：46-52.

［2］ 张怀志，阎功臣，景丽荣，等.影响塑料拉伸试验结果的因素［J］.工程塑料应用，2005，33（10）：51-53.

［3］ 周彦豪，陈福林，童速玲，等.塑料性能测试中一些问题的探讨［J］.工程塑料应用，2003，31（7）：39-42.

［4］ 张伍斌，都佩华，蒋冠森，等.拉伸速率对工程塑料力学性能的影响［J］.现代机械，2008（2）：93-94.