塑料泊松比标准与试验技术探讨

戴　婷，　 张立娟，　 夏雨鑫

（上海金发科技发展有限公司，上海，201714）

塑料泊松比标准与试验技术探讨

戴婷， 张立娟， 夏雨鑫

（上海金发科技发展有限公司，上海，201714）

分析比较了ISO 527:2012和ASTM D638-10中关于塑料泊松比试验方法的异同，重点讨论了两个标准在测试技术上的不同要求，探讨了试验机性能对试验结果的影响，并提出了对试验机测控系统设计的技术要求。

泊松比；测试标准；试验机；测控系统

泊松比是反映材料横向变形的弹性常数。塑料行业中材料在承受拉力产生纵向形变的同时横向也会发生收缩，横向收缩产生的形变可能会引起制件发生翘曲。材料模流分析可以预测产品翘曲变形趋势，而泊松比是材料模流分析所需的重要数据，这对提高制品质量具有重要的指导意义[1]。目前在国内塑料制品生产厂家和检测认证机构中，根据各自面向的目标客户不同，在塑料泊松比性能测试中采用不同的标准，如ISO 527和ASTM D638等。

本文主要比较ISO 527:2012和ASTM D638-10标准对塑料制品泊松比性能测试的试验方法的异同，对泊松比试验机的技术要求，重点讨论了这些标准在测试技术上的不同要求，探讨了试验机性能对试验结果的影响，并提出了对试验机测控系统设计的技术要求。

1　两种标准中泊松比概念的比较

ISO 527:2012[2-3]和ASTM D638-10[4]中对泊松比的定义是一致的。在纵向应变对法向应变关系曲线的线性部分内，垂直于拉伸方向上的两坐标轴之一的拉伸应变增量Δεn与拉伸方向上的应变增量Δε1之比的负值，用无量纲的比值表示。按式（1）计算。

式中，Δεn为横向应变变化，Δε1为轴向应变变化。

2　试验各影响因素的确定

2.1试验标距的确定

ISO 527:2012中1A型样条推荐使用试验标距为75 mm，ISO 527:1993[5-6]中规定1A拉伸样条标距为50 mm。假定泊松比的应变区间为0.05%～0.25%，若标距为50 mm，那标距内的形变增量为100 μm，延伸率的测试精度为≤±1%，那就是要求延伸率的测试精度为≤±1 μm，这对设备来说是很难实现的；而若标距变为75 mm，则要求延伸率的测试精度为≤1.5 μm。而ASTM D638-10中Ⅰ型推荐使用的试验标距为50 mm。标距越小对延伸率的测试精度要求会越高，如图1所示。过分高的精度要求会使得好多设备都达不到，这样就会导致测试结果的不准确。

2.2应变截取区间的确定

图1　不同标距内的形变增量

泊松比应变截取区间应该在纵向应变对法向应变关系曲线的线性部分内，这一点ISO 527:2012和 ASTM D638-10中是一致的。但是ISO 527:2012中推≤0.5 μm。而泊松比测定的准确性通常受到横向应变测试准确性的限制，因为后者的测量误差通常大于轴向测量误差。取值区间不超过屈服应变是因为屈服应变之后，横向应变与纵向应变曲线不再是线性，材料发生塑性变形。

ASTM D638-10则是规定要先确定出现最大应变的曲线是线性的，如果最大应变高于0.25%，泊松比可在应力应变曲线比例极限内的线性部分任何位置确定；如果材料不表现出线性应力―应变关系，则泊松比应当在0.000 5～0.002 5 mm/mm（0.05%～0.25%）的轴向应变区间测定。但是如果泊松比是以这种方法测得的，报告中应注明应力-应变线性不明显。

判断应力应变曲线是否线性的方法，可以通过在不同应变处测定一系列的正割模量。如果在每一处的正割模量相同，则为线性；如果正割模量随着应变的增加而下降，则为非线性。荐泊松比应变截取区间为0.3%≤ε＜εy，其中ε代表轴向应变变化，εy代表屈服应变，不推荐使用应变截取区间为0.05%～0.25%。这是由于0.05%～0.25%对横向应变的测试精度会要求非常高。假使泊松比为0.4（这是热塑性塑料典型的泊松比数据），标距为75 mm，纵向的形变增量为150 μm，横向形变变化量为8 μm，这样对横向引伸计的测试精度要求为≤0.08 μm，这是一般设备都达不到的。如果应变截取区间为0.3%～1.5%，则横向形变变化量为50 μm，横向引伸计的测试精度要求为

2.3试验速度的确定

ISO 527:2012中规定若应变截取区间为模量测试区域，则测试速度应尽可能使应变速率接近每分钟1%标距；若应变截取区间为模量测试区域之后，则测试速度可按照模量测试之后的新速度来进行试验。目前塑料行业内普遍用的泊松比测试速度为1 mm/min。而ASTM D638-10中泊松比的测试速度为5 mm/min。

3　试验机性能要求

影响泊松比试验结果的因素除了样品本身以及温度、速度和标距外，试验机的性能也是很关键的因素，这包括夹具、引伸计和测控系统。

3.1夹具

为防止试样的相对滑动，夹具表面有深的平行排列的刻痕或者间隔2.4 mm（0.09英寸），深1.6 mm（0.06英寸）的锯齿段，这样的夹具表面对热塑性塑料效果较好。对于热固性塑料需要用更好的锯齿。锯齿必须保证干净和锋利。当锯齿很深或试样表面有磨损，试样在夹具内断裂的情况也会发生，这时应采用别的方法，特别是对于表面光滑的夹具。这些方法包括摩擦试样在夹具内的表面，试样与夹具间加入薄的布片、纸片、塑料或者橡胶。80号双面摩擦纸在多种情况被证明适用。一种网眼织物，表面涂有摩擦细丝也可使用。这一点在ISO 527:2012和ASTM D638-10中要求是一致的。

3.2引伸计

该装置用来记录待测试样标距间规定两点伸长的距离。为了测量泊松比，要用到双轴引伸计或纵向/横向引伸计，它们可以同时测量纵向和横向的应变。引伸计记录应变变化的准确度为相关值的1%或更佳。ISO 527:2012中对最小应变数据采集频率有要求，单位为Hz，按式（2）计算，而ASTM D638-10中最小应变数据采集频率为20 Hz。

式中，v为测试速度（mm/min），L0/L为标距与初始夹具距离之比，r为获得准确数据所需的记录应变数值的最小分辨率（mm）。

3.3测控系统

3.3.1力值测量系统

负荷指示装置应带有能显示测试试样总的拉伸负荷，该装置在规定的试验速度下无惯性滞后，指示负荷的误差为±1%或更好。

3.3.2测控软件

测控软件必须能够实现测试过程中数据的采集、输出、处理分析。拉伸试验中对采样频率没有严格的要求，但是ASTM D638-10中对引伸计采集频率要求最少20 Hz，所以采样频率不能低于20 Hz，一般采集频率设为100 Hz。对于延伸率≥100%，且测试速度为1 mm/min的试验采集频率应该适当的降低些，不然采集的数据会非常庞大，甚至超出Excel的数据容量范围。

4　总结

不同标准间的细节各不相同，对测试结果影响也各不相同。实际测试过程中要求实验者熟悉各标准间的差异，根据测试目的来选择合适的测试标准。测试数据的精确度、曲线的质量保障除了与测试标准有关外，还取决于试验机的性能，要求实验者熟知试验机的核心技术参数，同时需要了解所选测试标准对试验机的要求，选择满足测试需求的试验机。

[1] 国家质量监督检验检疫总局. JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S]. 北京: 中国质检出版社, 2012.

[2] 龚晓洁, 李小林. 模流分析技术在汽车塑料制品设计中的应用[C]. 汽车内外饰产品及新材料国际研讨会论文集, 2009: 262.

[3] 国际标准委员会. ISO 527-1:2012 塑料 拉伸性能的测定 第1部分: 总则[S]. 瑞士: 国际标准委员会出版, 2012.

[4] 国际标准委员会. ISO 527-2:2012 塑料 拉伸性能的测定 第2部分: 模塑和挤塑塑料的试验条件[S]. 瑞士: 国际标准委员会出版, 2012.

[5] 美国材料试验协会. ASTM D638-2010 塑料抗张性能试验方法[S]. 纽约: 美国材料试验协会出版, 2010.

[6] 国际标准委员会. ISO 527-1:1993. 塑料 拉伸性能的测定 第1部分: 总则[S]. 瑞士: 国际标准委员会出版, 1993.

[7] 国际标准委员会. ISO 527-2:1993 塑料 拉伸性能的测定 第2部分: 模塑和挤塑塑料的试验条件[S]. 瑞士: 国际标准委员会出版, 1993.

Discussion on Poisson’s Ratio Standard and Testing Technology of Plastic

DAI Ting,ZHANG Li-juan,XIA Yu-xin
（Shanghai Kingfa Sci.& Tech.Co.Ltd, Shanghai 201714, China）

Poisson’s ratio property test of plastic by means of ISO 527:2012 and ASTM D638-10 were compared. The different requirements of these standards on testing technology were discussed especially. The effect of testing machine on testing result was expounded. The technical requirements of measuring system of the testing machine were presented.

Poisson’s ratio; test standard; test machine; measuring system

TQ317.3

A

1009-220X(2016)02-0078-04 DOI: 10.16560/j.cnki.gzhx.20160202

2015-12-23

戴 婷（1987～），女，本科，工程师；主要从事高分子材料检测的研究。tzdaiting@126.com