ASTM D638:塑料拉伸测试权威指南
如何根据 ASTM D638 开展塑料抗拉强度测试
ASTM D638 标准是否适合您?
对于不同的塑料,测试方法多种多样。ASTM D638 仅适用于厚度在 1.00 mm 至 14 mm 之间的刚性塑料试样。如果您的试样是厚度小于 1.00 mm 的板材或薄膜,应按照 ASTM D882 测试。虽然 ASTM D638 得出的结果与 ISO 527-2 相似,但由于在试样尺寸和测试要求方面存在不同,两者在技术层面并不相同。虽然某些大型跨国制造商会同时采用 ASTM D638 和 ISO 527-2 进行测试,但我们的大部分客户更倾向于使用一种标准,或基于其地理位置使用其他标准。北美制造商通常使用 ASTM D638 进行测试,而欧洲和亚洲制造商则主要使用 ISO 527-2。中国客户使用 ASTM D638 和 ISO 527-2 展开测试的频率相当。我们可以在 Bluehill® Universal 的应用模块中找到所有这些测试方法,该模块是针对最常用的 ASTM 和 ISO 标准预先配置的方法模板。
材料测试系统
大多数 ASTM D638 测试采用台式通用测试机执行,如 Instron 6800 系列。5 kN 或 10 kN(1125 或 2250 lbf)系统最常见,但随着强化塑料和复合材料强度增加,我们可能需要容量更高的装置 – 如 30 kN 或 50 kN 系统。
试样测量
在测试前,必须根据 ASTM D5947 测量所有试样。大多数常见千分尺都可用于执行此类测量。为了让测试系统能够显示应力测量值而不仅仅是受力测量值,操作员需输入试样的横截面面积(或厚度和宽度),因为应力 = 施加的力/横截面面积(这种力以 Psi、Pa、kPa、GPa 等为单位显示)。
冲切或机加工试样需要单独测量,但使用注塑成型试样的操作员只需测量一批试样中的一个试样,前提是这批试样的差异已证明不到 1%。注塑成型试样通常带有拔模角,而不是完美的方形,测量试样时必须考虑这一点。务必测量拔模角中间的宽度。
使用 Bluehill Universal 中的自动试样测量装置功能,操作员可以将最多两个千分尺或测量装置连接到计算机,将数据直接输入软件中。这样可消除出现输入错误的可能性,并提高效率。
试样对准
为了正确测试,试样必须垂直于夹钳面,不能倾斜成角。试样错位会导致结果发生重大变化,因此必须采取相应措施,确保每次测试的试样均得到一致对准。解决错位问题的一种方法是使用与试样宽度相近的夹钳面,这样可以相对轻松地直观调整对准情况。预防错位最简单的方法是,使用可以直接安装在夹体上的试样对准装置。这是一种简单的小棒,可以提供一个可调节的停止点,以便操作员轻松分辨出其试样是否已正确对准。
准备运行测试时,夹具紧固至塑料试样后,通常会施加多余的压缩力。这些力虽然微小,但若不妥当处理,会影响测试结果:试样插入后切记不要平衡这些力,否则会导致结果出现偏差。经过编程,Bluehill Universal 软件可以规范多个试样上的力,消除任何松弛或压缩力,确保试样结果一致。对于 6800 系列通用测试机,我们还建议使用试样保护,此功能的用途是预防试样或系统在测试设置阶段、定义测试运行限值之前受损。开启后,试样保护将自动调整十字头,将所有多余的力保持在一定的限制范围内。
观看此视频,了解更多关于试样保护的信息。
张力测试用引伸计
弹性模量(试样经受拉力而出现的拉伸或变形程度)是 ASTM D638 塑料拉伸测试收集的最重要的数据类型之一。用户需要使用相应的应变测量装置,即引伸计来收集此数据。测量模量的引伸计必须符合 ASTM E83 B-2 类标准。
根据您实验室的需求,我们还提供一些引伸计选件。最简单的类型是固定标距长度 2630 系列夹式引伸计。操作员必须在每次测试开始时将其直接夹在试样上,并在试样屈服后或断裂前取下。如果测试泊松比,则必须增加横向引伸计,用于测量整个试样弹性区域的宽度变化。可用独立横向引伸计补充现有夹式或自动引伸计,或用双轴装置同时测量轴向和横向应变。
AutoX750 引伸计可在没有测试操作员介入的情况下自动连接到试样。它不需要操作员花费时间手动操作,而且可以确保大量试样的放置位置更一致,因此在具有高测试量需求的实验室中非常有用。一致的放置位置会产生重复性更高的模量值。如果按照其他标准测试,如 ASTM D790,自动引伸计还可以确保将不同标距长度与单个装置灵活结合使用。受测试的塑料通常是为了在非环境条件下使用。为模拟这些最终应用,ASTM D638 需在可以使用加热或冷却(LN2 或 CO2)装置的温度试验箱内执行。在这种情况下,建议选择非接触式高级视频引伸计 (AVE2)。使用 AVE 2 收集模量数据,无需测试操作员打开和关闭试验箱,不会在测试期间引起温度波动。
计算和结果
在呈现测试结果时,重要的是务必正确定义术语,以确保符合标准并方便不同实验室之间的数据比较。数据报告中最常见的错误是利用错误的来源(用引伸计代替十字头)报告应变值,这样会产生截然不同的结果。
塑料测试标准涉及一个叫作标称应变的术语,根据所用的测试方法,其定义有所不同。在 ASTM D638 中,标称应变被定义为根据十字头位移(而非根据引伸计)测量的应变。这是因为塑料不会均匀断裂,应变通常集中于试样不成比例的一小部分,此属性被称为“缩颈”。对于任何会缩颈或有屈服点的材料,都不能通过引伸计报告断裂时的伸长率,因为缩颈可能发生在引伸计的标距长度以外。因此,必须使用标称应变报告屈服后任意一点的伸长率。只有整个试样上的应变均匀且未出现缩颈或屈服,才接受利用引伸计测量断裂时的应变。
测试量
对于需要大量测试的实验室,可以对拉力机设置做一些修改,以加快测试过程,增加测试量,甚至可采用全自动测试系统。全自动系统旨在整合试样测量、试样加载、测试和移除功能,并且能够在没有操作员交互的情况下运行数小时。这些系统有助于减少人为错误造成的变化,并在人员下班后能继续运行,从而在操作员回家后继续获取结果。
6800 系列 - 万能材料试验系统
Instron 的6800 系列万能材料试验系统提供出色的精度及可靠性。 6800 系列基于正在申请专利的操作员保护架构,具有全新的智能气动控制装置和碰撞保护功能,使材料测试比以往任何时候都更简单、更智能、更安全。
Bluehill Universal 手册
Bluehill Universal 软件专为直观的触摸交互式用户体验而构建。通过预加载试验方法、数秒内的QuickTest、增强数据导出,以及 Instron Connect(一项可与服务工程师直接联系的新功能)等功能去探索更简单、更智能的测试方式。Bluehill 2、 Bluehill 3 等旧版本软件的用户可以轻松升级到最新版本的 Bluehill。
塑料试验解决方案样册
塑料试验解决方案手册是一本 有着40 页以实际应用为主要内容且基于各测试标准的手册。内容详细的测试挑战和解决方案涵盖了 ISO 527-1、-2、-3、ISO 11443、ISO 75、ASTM D638、Astm D3835 等重要测试标准。该手册详细介绍了塑料材料测试行业中最知名且广泛使用的标准, 非常详细地描述了冲击、流变学、热机械、试样制备、力学试验测试、动态/疲劳和硬度等测试类型。