章丽丽 刘红波 王敏 卞汪锋 许亮

(江阴市产品质量监督检验所,江苏 江阴, 214434)

拉伸性能是聚氯乙烯(PVC)管材与聚乙烯(PE)管材力学性能的重要指标之一[1],也是管材性能检测最频繁的项目。传统的拉伸试验用夹具的夹持面均是平面,这种夹具适用于端面是平面的样条。然而对于小管径(如公称外径32，40，50,75 mm)的PE管材,采用普通夹具夹持试样时,试样夹持端弧度非常大,拉伸夹具与试样接触面小,拉伸过程中经常会出现曲线抖动,试样滑脱的情况。并且对于PVC管材,由于从管材上切下的样片带有弧度,应将截取的样条在适宜的温度和压力下加热一定时间,压平后制样,制样过程费时且繁琐。

下面以公称外径50 mm(简称dn50)的管材为例,使用自主设计的新型弧形拉伸试验夹具和普通夹具进行拉伸试验,对比两者的拉伸曲线和试验结果,研究更简便、快捷、准确的小管径管材拉伸试验的方法。

1 试验部分

1.1 主要原料及设备

PVC-U管材(dn50),江阴市宝畅塑胶有限公司;PE管材(dn50),江苏水皇塑业有限公司。均从同一根管材上截取长120 mm,宽30 mm的样条20根。

微机控制电子万能试验机,CMT6503,深圳市新三思计量技术有限公司;哑铃型制样机,ZYJ1251,深圳市新三思材料检测有限公司;裁刀(哑铃型),江都市中艺试验机械厂;新型弧形夹具(适用dn50管材),自制。

1.2 测试方法

PVC-U管材拉伸性能按照GB/T 8804.2—2003进行测试,将截取的PVC-U样条分成两组,一组在130 ℃下加热2 min,用平的铁板加压,压平后在空气中冷却至常温,然后制成哑铃型试样。另一组样条不经任何处理,直接制成哑铃型试样。选取5根加热压平的试样,试样编号为1-1,1-2,1-3,1-4,1-5,用普通夹具进行拉伸试验。另外5根未加热压平的试样,试样编号为2-1,2-2,2-3,2-4,2-5,用新型弧形夹具进行试验,拉伸速度为5 mm/min。

PE管材拉伸性能按照GB/T 8804.3—2003进行测试,将PE样条全部按照标准制成哑铃型试样。选取10根试样,5根用普通夹具试验,试样编号为3-1,3-2,3-3,3-4,3-5。另外5根用新型弧形夹具试验,试样编号为4-1,4-2,4-3,4-4,4-5,拉伸速度为50 mm/min。

为避免环境温度和湿度对试验结果的影响[2],所有试样均在恒温实验室温度为(23±2) ℃，湿度为(50±5)%进行了24 h的状态调节,且拉伸试验也在该恒温实验室进行。

2 结果与讨论

2.1 PVC-U管材的拉伸试验

图1(a)是经过加热压平处理后的PVC-U试样配合普通夹具进行拉伸试验得到的拉伸曲线。图1(b)是未经加热压平处理的试样配合弧形夹具进行拉伸试验所得到的拉伸曲线。

对比可以发现:图1(a)中5根试样的拉伸曲线差异明显,且到达屈服点的时间不一致。而图1(b)中5根试样的拉伸曲线非常接近,变化趋势也一致,几乎同时到达屈服点。这说明,经过加热压平处理,PVC-U试样内部物理状态可能发生了改变。此外,对原本有弧度的试样加热压平还会使得试样内部产生应力,最终导致试样的拉伸曲线差异明显。

图1 PVC-U管材(dn50)拉伸试验分析

表1是PVC-U管材(dn50)用普通夹具和弧形夹具测得的拉伸屈服强度。对其进行方差齐性F检验和t检验,认为在95%置信度下,二者结果精密度一致,无显著性差异。采用未加热压平试样配合弧形夹具进行拉伸试验不仅可以省去复杂费时的加热压平处理过程,节省制样时间和成本,而且能得到稳定一致的拉伸曲线和准确的试验结果。

表1 PVC-U管材(dn50)拉伸试验数据

2.2 PE管材的拉伸试验

图2(a)和图2(b)是PE管材(dn50)哑铃型试样分别用普通夹具和弧形夹具进行拉伸试验的曲线。

图2 PE管材(dn50)试样拉伸试验分析

图2(a)表明,由于试样端部呈弧形,普通夹具夹持面为平面,试样端部与普通夹具接触面积小,在试验后期,拉伸力越来越大,夹具与试样之间经常发生轻微的滑动,导致曲线抖动。图2(b)表明,标准规定试样应夹紧,相对于夹具尽可能不发生位移,当使用弧形夹具来拉伸弧形试样时,由于二者之间弧度吻合,夹具与试样端部充分接触,可以防止在夹具端部发生应力集中。即使试验后期拉力值很大的时候,夹具与试样之间也不会滑动,曲线非常平滑。特别是针对公称外径小于50 mm的PE管材拉伸试验,由于试样端面弧度非常大,试验过程中经常出现试样未断裂就滑脱的现象。

表2是PE管材(dn50)用普通夹具和弧形夹具测得的拉伸强度和断裂伸长率,对其进行方差齐性F检验和t检验,认为在95%置信度下,二者结果精密度一致,无显著性差异。说明在保证试验结果一致的前提下,弧形夹具能有效解决曲线抖动甚至试样滑脱的问题。

表2 PE管材(dn50)试样拉伸试验数据

3 结论

a) 对于小口径的PVC-U管材,采用未加热压平试样配合弧形夹具进行拉伸试验,不仅可以省去复杂费时的加热压平处理过程,节省制样时间和成本,而且能得到稳定一致的拉伸曲线和准确的试验结果。

b) 小口径PE管材的拉伸试验使用对应弧度的弧形夹具,夹具与试样充分接触,有效解决了拉伸过程中试样滑脱、拉伸曲线抖动的问题。

[1] 牛君,冯永建,姜亚军.塑料拉伸性能标准与试验技术探讨[J],塑料科技,2009,37(8):72-75.

[2] 陈蓉,汪世懂,李福灿,等.PVC-U管材拉伸屈服强度测试结果的影响因素[J],聚氯乙烯,2013,41(11):22-24.