ISO 527-2:塑料拉伸测试

开展 ISO 527-2 塑料拉伸测试的权威指南

作者:Erica Lawrence

ISO 527-2 是测定强化塑料或非强化塑料拉伸性能的国际标准。虽然 ISO 527-2 得出的结果与 ASTM D638 相似,但由于在样品尺寸和测试要求方面存在不同,两者就技术层面而言并不等同。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,或根据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 开展测试的频率相当。

本指南旨在向您介绍 ISO 527-2 塑料拉伸测试的基本要素,但请勿认为本指南可完全替代完整标准


自动化且带有 AVE 2 的 ISO 527-2 塑料拉伸测试


如何根据 ISO 527-2 开展塑料拉伸测试

我们在通用测试机上测试 ISO 527-2 标准,具体方法是在样本(试样)上施加张力并在有应力的情况下测量试样材料的多种性质。测试期间,拉伸速度范围为 1 - 500 mm/分钟,直至试样失效(屈服或断裂)。



ISO 527-2 测量的是什么?

尽管 ISO 527-2 能够测量多种不同的拉伸性能,但以下几种最为常见:

  • 抗拉强度 – 某种材料在屈服(不可逆地拉伸)或断裂前可被施加的力的大小。
  • 拉伸模量 – 某种材料在屈服前由于经受应力而发生变形(拉伸)的程度。模量是衡量材料刚度的指标。
  • 伸长率 – 断裂后标距长度的增加值除以初始标距长度。伸长率越大,表明延展性越好。
  • 泊松比 - 用于衡量某种材料在拉伸过程中的拉伸程度与变薄程度之间的关系。

ISO 527-2 标准适合您吗?

对于不同的塑料,测试方法多种多样。ISO 527-2 适用于测试刚性或半刚性塑料,无论该塑料是否经过塑性、挤压、机器加工或浇注。ISO 527-2 也可用于测试强化塑料(纤维强化塑料除外,因为该材料的测试标准为 ISO 527-4 和 ISO 527-5)。应使用 ISO 527-3 标准测试厚度小于 1 mm 的薄膜和薄板。我们可以在 Bluehill® Universal 的应用模块中找到这些方法及其他方法,该应用模块针对最常用的 ISO 和 ASTM 标准提供了预先设置好的方法模版。


Bluehill 万能测试方法选择屏

拉伸测试机

大部分 ISO 527-2 测试可在台式通用测试机上完成。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。

Instron 的 34006800 系列通用测试机可谓是 ISO 527-2 标准测试的理想之选。然而,涉及大容量测试需求、全球运营和先进研究应用的客户通常更青睐带有 2712 气动夹具6800 系列系统,该系统可在精准规格和效率提高方面提供额外益处。

ISO 527-2 测试设置

ISO 527-2 测试设置

1. Instron 6800

2. Bluehill Universal 仪表板 (2490-696)

3. AVE2 视频引伸计 (2663-902)

4. 2580 系列载荷传感器

5. 5 kN 气动侧动夹具 (2712-045)

 

 

拉伸夹具

由于试样会在测试过程中承受强力,因此,必须将试样牢固地放置在测试机内。带锯齿夹钳面的侧动气动夹具通常最适合夹持刚性塑料。气动夹具利用气压保持夹持力,即使试样在测试期间变形,厚度出现显著变化,也能保持不变。对于超过 10 kN 的力(一般仅见于增强材料),首选手动楔形动作夹具

10 kN 型号 | 2712-046
5 kN 型号 | 2716-010

引伸计

引伸计用于收集模量数据,这是 ISO 527-2 标准评估的最重要的属性之一。弹性模量用于测量材料经受拉力而出现的拉伸或变形程度。用于测量模量的引伸计必须符合 ISO 9513 1 类标准,精度达到 1%,可根据实验室需求提供多种选项。最简单的类型是固定标距长度 2630 系列夹式引伸计,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


轴向和双轴夹式引伸计


在具有高测试量需求的实验室,自动引伸计有助于消除耗时的操作员手动操作,而且可以确保大量试样的放置位置更一致,从而提高可重复性。AutoX750 可在没有测试操作员介入的情况下自动连接到试样。高级视频引伸计 (AVE 2) 是非接触式引伸计,利用摄像头在整个测试过程中跟踪试样变形情况。如果按照其他标准测试,如 ASTM D638 或 ISO 178,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。


用于塑料拉伸测试的 AutoX750 自动接触式引伸计和 AVE 2 非接触式视频引伸计


试样类型

按照 ISO 527-2 标准,可以测试六种试样尺寸。首选试样是哑铃型试样类型 1A(注塑成型)和 1B(机加工)。这两种试样类型存在长度差异,但拥有相同的标称宽度和厚度,分别为 10 mm 和 4 mm。类型 1A 试样的首选标距长度为 75 mm,这是对 2012 年推出的标准更改的结果。到 2012 年为止,类型 1A 的首选标距长度一直是 50 mm,质量控制测试或指定测试依然接受此标准。

如果材料有限,许多实验室会使用 1BA、1BB、5A 或 5B 类型的小尺寸试样。在这种情况下,由于标距长度小和测试时间短,在技术上可能难以测量模量。通过小试样获得的结果与通过 1 类型试样获得的结果没有可比性。

ISO 527-2 塑料测试试样

试样测量

在测试前,必须根据 ISO 16012 或 ISO 23529 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(厚度和宽度),因为应力 = 受力/横截面面积(以 Psi、Pa、kPa、GPa 等为单位显示)。虽然刚性试样的厚度和宽度需要不同的测量精度,但通常对两者使用相同的测量装置即可。可以使用圆柱形或矩形尺头,前提是它们的尺寸符合 ISO 16012 规定的要求。注塑成型试样通常有拔模角,而不是完美的方形,因此必须注意测量拔模角中间的宽度。


Bluehill Universal 试样尺寸


试样加载

为了获得准确的结果,必须在夹具内将试样正确对准。预防错位的一种方式是,使用与试样宽度相近的夹钳面,这样更容易直观地调整对准情况。预防错位的最简单的方式是,使用可以直接安装在夹体上的试样对准装置。

夹具紧固至试样后,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 5900 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。


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 ISO 标准并方便不同实验室之间的数据比较。


应变测量

数据报告中最常见的错误是利用错误的来源报告应变值。对于塑料,通常不能仅用引伸计来测量伸长率,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。” 由于缩颈可能发生在引伸计的标距长度以外,因此,必须使用一个叫作“标称应变”的术语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。

根据使用的测试方法,标称应变的定义有所不同。对于 ISO 527-2,标称应变可通过两种不同的方式测量:方法 A 仅靠十字头位移来测量标称应变,但对于多用途试样,则首选方法 B。方法 B 测量标称应变时,通过屈服前的引伸计和屈服后的十字头位移测量应变,可确保将引伸计标距长度以外的缩颈行为计算在内。


模量

ISO 527-2 将模量定义为 0.05% 和 0.25% 应变之间的曲线斜率,利用弦线或线性回归斜率计算方式计算。模量的计算是从 0.05% 应变开始,因此对材料施加适当的预应力,以消除夹持试样引起的任何松弛或压缩力非常重要。该值不应超过材料 0.05% 的应变或 1% 的抗拉强度。


抗拉强度

在 2012 版标准更新中,抗拉强度的定义有所变化。在以前的版本中,抗拉强度的定义是测试过程中任何时间点承受的最大应力。在最新版 ISO 527-2 中,抗拉强度是指表现出的第一个局部最大值。这一变更对客户测试带屈服点的材料尤为重要,如聚丙烯、聚乙烯和尼龙。

抗拉强度曲线图

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。

 

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