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标准更新解析| GB/T 1040.1-2018塑料拉伸性能的测定

2021-03-17 |   点击量:390

自2006年GB/T 1040.1发布以来,历经12年,终于在2018年12月28日更新了标准,并于2019年11月1日正式实施。GB/T 1040.1-2018等同采用ISO 527-1:2012,相较前一版本,有了较大的变化。从2019年开始,陆续有用户就GB/T 1040.1-2018标准咨询标准变化对其测试带来的影响。本文就新旧标准中的术语和定义的差异进行了解读,并例举软件设置上可能涉及的修改内容。

拉伸强度σm,在2006版标准中,拉伸强度是指在拉伸试验过程中,试样承受的最大拉伸应力。而新的标准中则定义为观测到的最大初始应力。这一定义的变化,将会影响4类曲线中的曲线b,即存在屈服或颈缩且最大应力大于屈服应力的曲线。根据这一定义,细心的标准研读者们可能已经发现了一个问题,就是在标准中曲线b上的拉伸强度σm仍然标记在最大应力的位置。这一错误已在最新发布的ISO 527-1:2019中进行了更正。


图1 典型应力/应变曲线


图2 新旧标准中曲线b的拉伸强度对应点

如果您的材料性能类似于曲线b,那么,针对这一变化,您则需要在软件中进行拉伸强度的计算修改。以Bi Veritas测试软件BV Powertest为例(下同),在“计算”中,您需要将“最大值 力”改为“局部峰值 最大力”。

标称应变

新标准引入了新的方法—B法。标准中规定了2种测定标称应变的方法,即A法和B法。

A法是和老标准一样的,即相对于初始标距的夹具间距增加量。在实际测量时,以横梁位移替代夹具间距的增量。

B法是新的方法,由引伸计和横梁位移相结合测量标称应变,即屈服点前采用引伸计测量应变,屈服点后采用横梁位移计算标称应变。有屈服和颈缩的多用途试样优选B法。

如果您采用B法测定标称应变,则需要在软件中做2处设置,以确保到屈服点后自动切换应变源。a)“计算”中的“屈服”开启“在试验中计算”;b)“测试控制”中引伸计移除标准选择“屈服(零斜率)”。通过这2步设置,在测试过程中,当检测到零斜率屈服点时, 软件即可自动切换应变源从引伸计应变到横梁位移。

拉伸弹性模量

新标准规定拉伸模量可用弦模量或最小二乘回归线的斜率计算。根据该说明,在软件中则需采用弦模量或段模量。请注意,该定义不适用于薄膜。

泊松比

新标准明确了泊松比的计算方法为,在曲线的线性部分采用线性最小二乘法回归分析来计算宽度(厚度)变化对标距变化曲线的斜率Δn/ΔL0。为了满足泊松比测定对引伸计精度的要求,在附录B中提出使用多用途试样时,采用75mm标距,而不是50mm标距。同时,推荐泊松比的测定范围在模量测定的应变去后之后,即0.25%以后的曲线线性范围内。通过扩大取值范围,以降低泊松比对引伸计的精度要求。

拉伸断裂应力σb

新标准在这个定义中增加了备注,明确是试样断裂前应力应变曲线上的最大应力值,如在裂纹萌生导致的负荷下降前。这一备注对拉伸断裂应力的取值点具有较好的指导意义。

拉伸断裂应变εb和拉伸断裂标称应变εtb

相较于老版本的定义,在新版本中具体化了拉伸断裂(标称)应变的定义,即应力下降至小于或等于强度的10%之前最后记录的数据点对应的(标称)应变。

对于标准中给出的4类曲线示意图,断裂点的设置并不影响应变或标称应变的结果。但如果您的材料存在局部破坏,藕断丝连的,那么就需要根据定义对断裂点进行参数设置的修改了。

标准解析之试验设备篇

1试样尺寸测量

拉伸应力相关的测试结果直接受试样尺寸的影响,因此试样尺寸的测量精度,接触面尺寸等都需按照标准要求进行。对于试样的尺寸测量,可按ISO 16012或ISO 23529进行。以ISO 16012为例,由于注塑样品会有拔模角,且冷却过程不同造成试样会有凹痕,对于这类样品的宽度和厚度测量,就不能用卡尺,而需要用螺旋测微器。螺旋测微器测头规格为1.5mm≤φ≤6.4mm直径范围的平接触面。螺旋测微器的精度要求如表1所示。

表1 精度要求 (单位:mm)

尺寸范围

精度要求

<10

±0.02

≥10

±0.1

具体的样品测量要求详见图1。

 

1-宽度测量   2-厚度测量   3-最小厚度, hmin   4-最大厚度, hmax   5-千分尺测砧

a-千分尺的测头边与样品宽度方向接触位置在距离样品厚度中心线的±0.5mm以内

b-千分尺的测头边与样品厚度方向接触位置在距离样品宽度中心线的±3.5mm以内

为了提高测试效率,减少人为因素导致的错误,建议采用试样尺寸自动测量装置,并通过软件计算平均值,无需手动计算和输入数据,减少人为的错误风险。

 

 

2预应力

预应力的作用是在测试数据采集前,给试样施加一定的拉力,避免试样因在夹持时可能受到压缩力而导致的试样弯曲,从而造成应力/应变曲线开始阶段的趾区,进而影响测试结果。根据不同的测试结果要求,有以下规定:

模量测量:预应力为正值 

0<σ0 ≤Et/2 000

这对应着预应变ε0≤0.05%

相关应力测量(如σ* = σy 或 σm):

0<σ0 ≤σ*/100

若试样夹持后应力超过以上公式给出的范围,则可用1 mm/min的速度缓慢移动横梁直至试样受力在允许范围内。

以模量为2500MPa,拉伸强度为70MPa为例,综合以上2种测量的要求,预应力不应当超过0.7MPa。反应到软件上的设置,则预加载设置如下:

3试验速度

对于测试速度,有2个变化。一是增加了0.125mm/min,0.25mm/min,0.5mm/min和300mm/min这4个推荐的试验速度。

二是在老版标准里,由于拉伸模量和拉伸强度的测试速率不一样,2者的测量需要进行2次测试,即一根样品用于模量测量,一根样品用于强度测量。这样无疑增加了测试时间和样品成本。新的标准里规定,一个试验可采用2种速度,试验中切换速度,需确保速度变化发生在应变不大于0.3%以内。即先采用1mm/min的速度测量拉伸模量,之后在0.25%-0.3%之间切换速度到合适的值。

4引伸计

引伸计应符合1级精度要求。由于模量的测量范围在0.05-0.25%之间,1级精度则意味着使用1A类型试样时,75mm标距对应的绝对精度为±1.5μm,如果是QC测试,可采用50mm标距,则绝对精度要求达到±1μm。标距越小,对引伸计的要求越高,见图6a。由于GB/T 1040.1-2018中对小标距试样的引伸计精度要求高,为了测试标准有更好的实用性,所以ISO 527-1:2019提出:对于20mm到50mm之间的较小标距试样,引伸计绝对精度在±1 μm(图6b)就足够了。

 

a) GB/T 1040.1-2018

b) ISO 527-1:2019

假定精度为1%,不同标距时模量测定的引伸计精度要求

应变测量既可以使用接触式引伸计也可以使用非接触式引伸计。如手动夹持式引伸计,自动夹持引伸计和视频引伸计均可满足要求。

弹簧夹设计,夹持方便,适用于各种试样尺寸。内置保护装置可减少引伸计因过度伸长而导致损坏。

平衡测量臂几乎没有重量,因此消除了对被测材料性能的影响。测量臂每次都会自动将其定位到正确的位置和标距,保证测试结果的准确性。

消除操作人员对应变结果的影响;提高测试结果的一致性和可重复性。通过非接触应变测量,可防止试样过早损坏,从而获得最准确的结果。

了解更多资讯请与Bi Veritas业务代表联系