章麗麗 劉紅波 王敏 卞汪鋒 許亮

(江陰市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所,江蘇 江陰, 214434)

拉伸性能是聚氯乙烯(PVC)管材與聚乙烯(PE)管材力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一[1],也是管材性能檢測最頻繁的項(xiàng)目。傳統(tǒng)的拉伸試驗(yàn)用夾具的夾持面均是平面,這種夾具適用于端面是平面的樣條。然而對于小管徑(如公稱外徑32，40，50,75 mm)的PE管材,采用普通夾具夾持試樣時(shí),試樣夾持端弧度非常大,拉伸夾具與試樣接觸面小,拉伸過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)曲線抖動(dòng),試樣滑脫的情況。并且對于PVC管材,由于從管材上切下的樣片帶有弧度,應(yīng)將截取的樣條在適宜的溫度和壓力下加熱一定時(shí)間,壓平后制樣,制樣過程費(fèi)時(shí)且繁瑣。

下面以公稱外徑50 mm(簡稱dn50)的管材為例,使用自主設(shè)計(jì)的新型弧形拉伸試驗(yàn)夾具和普通夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn),對比兩者的拉伸曲線和試驗(yàn)結(jié)果,研究更簡便、快捷、準(zhǔn)確的小管徑管材拉伸試驗(yàn)的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料及設(shè)備

PVC-U管材(dn50),江陰市寶暢塑膠有限公司;PE管材(dn50),江蘇水皇塑業(yè)有限公司。均從同一根管材上截取長120 mm,寬30 mm的樣條20根。

微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),CMT6503,深圳市新三思計(jì)量技術(shù)有限公司;啞鈴型制樣機(jī),ZYJ1251,深圳市新三思材料檢測有限公司;裁刀(啞鈴型),江都市中藝試驗(yàn)機(jī)械廠;新型弧形夾具(適用dn50管材),自制。

1.2 測試方法

PVC-U管材拉伸性能按照GB/T 8804.2—2003進(jìn)行測試,將截取的PVC-U樣條分成兩組,一組在130 ℃下加熱2 min,用平的鐵板加壓,壓平后在空氣中冷卻至常溫,然后制成啞鈴型試樣。另一組樣條不經(jīng)任何處理,直接制成啞鈴型試樣。選取5根加熱壓平的試樣,試樣編號為1-1,1-2,1-3,1-4,1-5,用普通夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。另外5根未加熱壓平的試樣,試樣編號為2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,用新型弧形夾具進(jìn)行試驗(yàn),拉伸速度為5 mm/min。

PE管材拉伸性能按照GB/T 8804.3—2003進(jìn)行測試,將PE樣條全部按照標(biāo)準(zhǔn)制成啞鈴型試樣。選取10根試樣,5根用普通夾具試驗(yàn),試樣編號為3-1,3-2,3-3,3-4,3-5。另外5根用新型弧形夾具試驗(yàn),試樣編號為4-1,4-2,4-3,4-4,4-5,拉伸速度為50 mm/min。

為避免環(huán)境溫度和濕度對試驗(yàn)結(jié)果的影響[2],所有試樣均在恒溫實(shí)驗(yàn)室溫度為(23±2) ℃，濕度為(50±5)%進(jìn)行了24 h的狀態(tài)調(diào)節(jié),且拉伸試驗(yàn)也在該恒溫實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVC-U管材的拉伸試驗(yàn)

圖1(a)是經(jīng)過加熱壓平處理后的PVC-U試樣配合普通夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn)得到的拉伸曲線。圖1(b)是未經(jīng)加熱壓平處理的試樣配合弧形夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn)所得到的拉伸曲線。

對比可以發(fā)現(xiàn):圖1(a)中5根試樣的拉伸曲線差異明顯,且到達(dá)屈服點(diǎn)的時(shí)間不一致。而圖1(b)中5根試樣的拉伸曲線非常接近,變化趨勢也一致,幾乎同時(shí)到達(dá)屈服點(diǎn)。這說明,經(jīng)過加熱壓平處理,PVC-U試樣內(nèi)部物理狀態(tài)可能發(fā)生了改變。此外,對原本有弧度的試樣加熱壓平還會(huì)使得試樣內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力,最終導(dǎo)致試樣的拉伸曲線差異明顯。

圖1 PVC-U管材(dn50)拉伸試驗(yàn)分析

表1是PVC-U管材(dn50)用普通夾具和弧形夾具測得的拉伸屈服強(qiáng)度。對其進(jìn)行方差齊性F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn),認(rèn)為在95%置信度下,二者結(jié)果精密度一致,無顯著性差異。采用未加熱壓平試樣配合弧形夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn)不僅可以省去復(fù)雜費(fèi)時(shí)的加熱壓平處理過程,節(jié)省制樣時(shí)間和成本,而且能得到穩(wěn)定一致的拉伸曲線和準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

表1 PVC-U管材(dn50)拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 PE管材的拉伸試驗(yàn)

圖2(a)和圖2(b)是PE管材(dn50)啞鈴型試樣分別用普通夾具和弧形夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn)的曲線。

圖2 PE管材(dn50)試樣拉伸試驗(yàn)分析

圖2(a)表明,由于試樣端部呈弧形,普通夾具夾持面為平面,試樣端部與普通夾具接觸面積小,在試驗(yàn)后期,拉伸力越來越大,夾具與試樣之間經(jīng)常發(fā)生輕微的滑動(dòng),導(dǎo)致曲線抖動(dòng)。圖2(b)表明,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣應(yīng)夾緊,相對于夾具盡可能不發(fā)生位移,當(dāng)使用弧形夾具來拉伸弧形試樣時(shí),由于二者之間弧度吻合,夾具與試樣端部充分接觸,可以防止在夾具端部發(fā)生應(yīng)力集中。即使試驗(yàn)后期拉力值很大的時(shí)候,夾具與試樣之間也不會(huì)滑動(dòng),曲線非常平滑。特別是針對公稱外徑小于50 mm的PE管材拉伸試驗(yàn),由于試樣端面弧度非常大,試驗(yàn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)試樣未斷裂就滑脫的現(xiàn)象。

表2是PE管材(dn50)用普通夾具和弧形夾具測得的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率,對其進(jìn)行方差齊性F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn),認(rèn)為在95%置信度下,二者結(jié)果精密度一致,無顯著性差異。說明在保證試驗(yàn)結(jié)果一致的前提下,弧形夾具能有效解決曲線抖動(dòng)甚至試樣滑脫的問題。

表2 PE管材(dn50)試樣拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

a) 對于小口徑的PVC-U管材,采用未加熱壓平試樣配合弧形夾具進(jìn)行拉伸試驗(yàn),不僅可以省去復(fù)雜費(fèi)時(shí)的加熱壓平處理過程,節(jié)省制樣時(shí)間和成本,而且能得到穩(wěn)定一致的拉伸曲線和準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

b) 小口徑PE管材的拉伸試驗(yàn)使用對應(yīng)弧度的弧形夾具,夾具與試樣充分接觸,有效解決了拉伸過程中試樣滑脫、拉伸曲線抖動(dòng)的問題。

[1] 牛君,馮永建,姜亞軍.塑料拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)技術(shù)探討[J],塑料科技,2009,37(8):72-75.

[2] 陳蓉,汪世懂,李福燦,等.PVC-U管材拉伸屈服強(qiáng)度測試結(jié)果的影響因素[J],聚氯乙烯,2013,41(11):22-24.