热塑性塑料管材拉伸性能测定影响因素分析

李楠 李程 常兵

【摘要】 拉伸性能是热塑性塑料管材产品物理力学性能的重要指标。试验过程中影响试验结果的因素较多。只有做到全面分析，才能保证试验结果的准确性和可重复性。本文通过对人机料法环等环节中影响拉伸性能试验结果的因素进行分析，给出了不同制样方法对检验结果的影响。

【关键词】 热塑性塑料管材;拉伸性能;可重复性

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.038

Analysis of Influencing Factors for Texting Tensile Property of Thermoplastic Pipe

LI Nan1，LI Cheng1，CHANG Bing2

（1.Shenyang Product Quality Supervision and Inspection Institute，Shenyang 110022，China;

2.Shenyang Metrology and Testing Institute，Shenyang 110024，China）

Abstract： Tensile property is an important index of physical and mechanical properties of thermoplastic pipe products. There are many factors that affect the test results. Only comprehensive analysis can ensure the accuracy and repeatability of the test results. This paper analyzes the factors that affect the tensile test results in the links of Personnel，machine，material，method and environment，so the influence of different sample preparation methods on the test results was given.

Key words：thermoplastic pipe;tensile property;repeatability

1 前言

随着高分子材料在各行业的推广应用，热塑性塑料管材（以下简称“塑料管材”）在建筑、市政等工程领域也得到了广泛的应用与普及，如PE管材，PVC管材等。拉伸性能是评价塑料管材产品质量的重要指标，试验室试验人员应全面的了解和掌握拉伸性能测定结果的影响因素，并在试验过程中尽量避免影响因素对试验结果的影响，才能保证试验结果的准确性及稳定性。本文通过总结PE管材，PVC管材拉伸性能测定过程中的实践经验，结合拉伸性能测定的标准方法，分析塑料管材拉伸性能测定的影响因素，以期对试验室在拉伸性能测定试验过程中得到准确、稳定的试验结果具有一定的参考价值和指导作用。

2 影响因素分析

以下内容将根据试验过程中可能对拉伸性能测定产生影响的因素进行分析。

2.1 试验环境

试验环境温度是影响拉伸性能指标的重要影响因素，随着温度的升高热塑性塑料管材的脆性降低，韧性增强，造成试样在拉伸性能测试过程中拉伸强度变小，断裂伸长率增大[1]，GB/T 8804.1-2003标准中规定，试验环境温度为23±2 ℃，因此对于所在地区环境温度变化较大的试验室，应严格控制试验室温度，避免对试验结果造成影响。

2.2 状态调节时间

根据GB/T 8804.1-2003中第6条要求“试验前根据试样厚度应将试样置于23±2 ℃的环境中进行状态调节”，根据壁厚的不同，状态调节时间不同。按照理论分析，随着调节时间的不同，试样的物理状态会发生一定的变化，会对产品拉伸性能产生一定影响，但通过相关试验论证，拉伸性能指标随调试时间的变化不大，且无明显的線性关系[2]。但这并不代表可以忽视状态调节的重要作用，GB/T 8804.1-2003标准中根据壁厚不同来选择状态调节时间，是为了有足够的时间使样品各部位的物理状态达到标准状态，并保持一定的稳定性，而前述试验是建立在调试时间较长，试样内部已经达到稳定状态的情况，因此如果完全忽略状态调节的重要性，而不调节或调解时间不够，就会如2.1条所论述，试验结果受到影响。

2.3 试验人员

试验人员因素是所有需要人员参与的试验都不可避免的影响因素，特别是拉伸性能测定过程中，需要人员对试件的尺寸进行测量，并根据所测尺寸数值进行拉伸性能的计算，而尺寸测量过程中，由于受不同试验人员测量力度不同等因素影响，造成测得的尺寸结果不同。相关试验证明，如壁厚偏小0.02 mm，则拉伸屈服强度数值偏大0.25 MPa[2]，甚至影响更大。因此试验室不可忽视试验人员对试验结果的影响，应加强人员培训，规范操作流程，使人员影响因素降到最低。

2.4 试验设备

万能试验机是拉伸性能测试的试验设备，影响拉伸性能试验结果的因素包括力值传感器的精度、速度控制的稳定性和精度，夹具和设备的同轴度等等[3]。这里需要特别注意的是大变形位移夹具对塑料管材断裂伸长率测量的影响，目前我国万能试验机均是基于金属材料万能试验机为原型，其大变形夹具多为金属材料制成，适用于金属材料的测定，而热塑性塑料材料与金属材料具有较大的性能差异，热塑性塑料韧性较强，以PE管材为例，夹具在夹持试件时如夹持力较大，可能会使试件表面出现损伤，影响测试结果，但如果夹持力较小，试件在韧性变形时，夹具会出现滑移现象，影响断裂伸长率试验结果，而PE管材在拉伸性能测定时，韧性变形较大，随着韧性变形，夹持部位会拉伸变细，夹具滑移现象较为普遍。虽然目前随着万能试验机技术的不断进步，例如红外线技术在大变形位移测量系统上的应用，但其成本较高，大部分试验室无法负担，普及率较低。针对上述现象，可改变大变形夹具的材料及结构设计，例如在夹具夹持面增加摩擦系数较大的弹性塑料材料等措施降低滑移现象的发生，同时鼓励设备生产厂家，加大研发力度，解决技术难题。

2.5 试样的制备

试样质量直接关系到拉伸性能试验的准确性，主要影响因素包括试件表面光滑程度、取样部位及数量、制样方法等。

2.5.1 试样表面光滑程度的影响

试样表面光滑程度是影响拉伸性能测定结果的直接因素，特别是对PE管材断裂伸长率指标的影响较大，甚至关系到产品合格与否的判定。试样加工刀具的质量关系到试样表面的光滑程度，相关试验结果显示，采用三把不同使用程度的机械加工刀具制取的试样，测出的断裂伸长率试验结果差距较大[4]，同时经过试验证明，即使采用全新的加工刀具，如不对试样表面进行进一步打磨处理，所得的测试结果仍不理想。而GB/T 8804.1-2003中规定的两种制样方法中均未对试样的表面质量做明确的要求，因此如果不同试验室间对试件表面处理的标准不一致，会造成试验室间试验结果差距较大。

2.5.2 取样部位及数量的影响

GB/T 8804.1-2003中要求对不同管径的管材沿管段圆周均匀的制取规定数量的样条，一组PVC管材拉伸性能试验测试结果见图1。

由图1可以看出，一组在同一段管材沿圆周方向均匀取得的8组试样的测试结果，拉伸屈服强度，断裂伸长率指标试验结果也有较大的差异。混配料混合不均匀、管材挤出时机头温度控制等多种因素均可造成上述现象。因此试验室试验过程中应严格按照标准中规定的试样数量沿管段圆周均匀取样，以免对试验结果造成影响。

2.5.3 制样方法的影响

GB/T 8804.1-2003标准中试样的制备分为冲裁方法和机械加工方法两种，冲裁方法要求将样条放置于烘箱中加热，加热时间按1 mm/min计算，加热后用裁刀冲裁制样。以下为一组PVC管材不同制样方法拉伸性能试验结果对比见表1。

由表1可以看出冲裁试样拉伸屈服应力试验结果要低于机械加工试样的试验结果，这是由于冲裁试样制样过程中需要经过烘箱加热，在加热过程中管材部分分子链段活性增强，分支链滑移，造成管材强度下降。因此试验室在进行制样方法选择时要充分考虑不同制样方法对试验结果的影响。

3 总结

拉伸性能是热塑性塑料管材产品物理力学性能的重要指标，不同的制样方法制备的样品，检验结果差距很大。只有明确规定人机料法环这实验中所有的要素要求，才能做到统一标准，从而获得良好的一致性效果。

【参考文献】

[1] 周祥兴，郁文娟，张惠曦等.实用塑料包装制品手册[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

[2] 陈蓉，汪世懂，李福灿，等.PVC-U管材拉伸屈服强度测试结果的影响因素[J].聚氯乙烯，2013（11）：22-24.

[3] 崔崇.影响塑料制品拉伸试验结果的因素[J].上海塑料，2014（2）：46-48.

[4] 張晓华.塑料管材拉伸性能测定分析[J].标准实践，2018（2）：45-49.

[5] 热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第1部分：试验方法总则：GB/T 8804.1-2003[S].

【作者简介】

李楠（1981-），男，高级工程师，博士，研究方向为建材及防火检验。

李程（1985-），男，工程师，硕士，研究方向为检验检测技术。

常兵（1979-），男，高级工程师，硕士，研究方向为计量检测。