章麗麗 劉紅波 王敏 卞汪鋒 許亮

(江陰市產品質量監(jiān)督檢驗所,江蘇 江陰, 214434)

拉伸性能是聚氯乙烯(PVC)管材與聚乙烯(PE)管材力學性能的重要指標之一[1],也是管材性能檢測最頻繁的項目。傳統的拉伸試驗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,試樣夾持端弧度非常大,拉伸夾具與試樣接觸面小,拉伸過程中經常會出現曲線抖動,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,應將截取的樣條在適宜的溫度和壓力下加熱一定時間,壓平后制樣,制樣過程費時且繁瑣。

下面以公稱外徑50 mm(簡稱dn50)的管材為例,使用自主設計的新型弧形拉伸試驗夾具和普通夾具進行拉伸試驗,對比兩者的拉伸曲線和試驗結果,研究更簡便、快捷、準確的小管徑管材拉伸試驗的方法。

1 試驗部分

1.1 主要原料及設備

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。

微機控制電子萬能試驗機,CMT6503,深圳市新三思計量技術有限公司;啞鈴型制樣機,ZYJ1251,深圳市新三思材料檢測有限公司;裁刀(啞鈴型),江都市中藝試驗機械廠;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,用普通夾具進行拉伸試驗。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,用新型弧形夾具進行試驗,拉伸速度為5 mm/min。

PE管材拉伸性能按照GB/T 8804.3—2003進行測試,將PE樣條全部按照標準制成啞鈴型試樣。選取10根試樣,5根用普通夾具試驗,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,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結果的影響[2],所有試樣均在恒溫實驗室溫度為(23±2) ℃，濕度為(50±5)%進行了24 h的狀態(tài)調節(jié),且拉伸試驗也在該恒溫實驗室進行。

2 結果與討論

2.1 PVC-U管材的拉伸試驗

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

對比可以發(fā)現:圖1(a)中5根試樣的拉伸曲線差異明顯,且到達屈服點的時間不一致。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,幾乎同時到達屈服點。這說明,經過加熱壓平處理,PVC-U試樣內部物理狀態(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使得試樣內部產生應力,最終導致試樣的拉伸曲線差異明顯。

圖1 PVC-U管材(dn50)拉伸試驗分析

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度。對其進行方差齊性F檢驗和t檢驗,認為在95%置信度下,二者結果精密度一致,無顯著性差異。采用未加熱壓平試樣配合弧形夾具進行拉伸試驗不僅可以省去復雜費時的加熱壓平處理過程,節(jié)省制樣時間和成本,而且能得到穩(wěn)定一致的拉伸曲線和準確的試驗結果。

表1 PVC-U管材(dn50)拉伸試驗數據

2.2 PE管材的拉伸試驗

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行拉伸試驗的曲線。

圖2 PE管材(dn50)試樣拉伸試驗分析

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,在試驗后期,拉伸力越來越大,夾具與試樣之間經常發(fā)生輕微的滑動,導致曲線抖動。圖2(b)表明,標準規(guī)定試樣應夾緊,相對于夾具盡可能不發(fā)生位移,當使用弧形夾具來拉伸弧形試樣時,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)生應力集中。即使試驗后期拉力值很大的時候,夾具與試樣之間也不會滑動,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,由于試樣端面弧度非常大,試驗過程中經常出現試樣未斷裂就滑脫的現象。

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

表2 PE管材(dn50)試樣拉伸試驗數據

3 結論

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行拉伸試驗,不僅可以省去復雜費時的加熱壓平處理過程,節(jié)省制樣時間和成本,而且能得到穩(wěn)定一致的拉伸曲線和準確的試驗結果。

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

[1] 牛君,馮永建,姜亞軍.塑料拉伸性能標準與試驗技術探討[J],塑料科技,2009,37(8):72-75.

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