拉伸实验原理

随着汽车、轨道交通、航空航天和电子电器等领域的技术创新和应用创新，各种工程塑料，尤其是特种工程塑料的应用越来越广泛，同时对材料的稳定性也提出了更高的要求。拉伸测试作为一项常规性能测试，是在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，对塑料试样的纵轴方向施加拉伸载荷。当牵伸作用力大于键合力或分子间的作用力时，会使分子链断裂或相互滑移，宏观表现为样条的塑性变形、断裂，在这一过程中测试试样承受的负荷及其伸长。通常的测试项目为拉伸应力、拉伸强度、拉伸屈服强度、断裂伸长率、拉伸弹性模量等。

拉伸测试对材料和试样的要求

下面将对GB/T-、ISO：及ASTMD-10就拉伸材料和试样的尺寸要求进行对比。

对测试材料的要求

对试样尺寸的要求

影响拉伸检测结果的因素

影响塑料拉伸检测结果的因素有许多，除分子结构、内部缺陷等内在因素外，还有以下外部因素：

试验环境对塑料拉伸检测的影响

影响塑料拉伸试验数据的因素有许多：如振动、温度、湿度、人员等，其中最主要的因素是温度和湿度。

由于塑料为黏弹性材料，其力学松弛过程与温度关系很大，当温度升高时，分子链段热运动增加，松弛过程加快，在拉伸过程中必然表现出较大的变形和较低的强度。热塑性塑料在升高温度后强度下降幅度很大，而热固性塑料在升高温度后强度下降幅度较小。

试验环境的相对湿度对拉伸试验也有一定影响。对于一般吸水性小的塑料，受湿度的影响不显著。而吸水性强的材料，湿度提高等于对材料起增塑作用，即塑性增加，强度降低。GB/T中规定，实验室环境温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±10）%。

另外，塑料在大气中储存和使用会逐渐老化，老化后强度下降。因此试样在制取后不能暴晒、不能储存过久，以免因老化而影响测试结果。

材料试验机对塑料拉伸检测的影响

材料试验机（又称拉力机）是专门用于材料力学性能测试的仪器，用来对金属材料和非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能试验进行机械加力。测力传感器精度、速度控制精度、夹具、同轴度和数据采集频率等是材料试验机影响拉伸试验数据的主要因素。测力传感器是材料试验机的核心部件，它的精度直接影响到试验数据和偏差大小。拉伸速度要求平稳均匀，速度偏高或偏低都会影响拉伸结果。夹具作为仪器的重要组成部分，也是试验能否顺利进行及试验数据准确度高低的一个重要因素。夹具的设计主要是手动和气动两种。试验机的同轴度不好，拉伸位移偏大，拉伸强度有时将受到影响，结果偏小。试验数据采集的频率也要适中，否则将影响到试验数据，峰值偏小。

试样的制备与处理对塑料拉伸检测的影响

在做各种塑料试验时，都要按标准制成样。制样方式有两种：一是用原材料制样，另一种是从制品上直接取样。用原材料制成试样有几种方法，包括模压型、注塑成型、压延成型或吹膜成型等，每种制样过程都有符合相关的标准。但不同方法制样的试验数据不具备可比性。同一种制样方法，要求工艺参数（如模具结构、成型温度、成型压力、冷却速度等）和工艺过程也要相同，否则塑料的成型过程中的微观结构如结晶度、分子取向等将有较大变化，直接影响试验数据。

试样的厚度及宽度对结果影响很大，同一种塑料若试样的尺寸不同，其拉伸强度试验结果将有一定差异。所以在加工试样、测量试样尺寸时，特别要注意被测试样的尺寸和公差是否在标准所规定的范围内，试样的尺寸规格要一致。试样的厚度不同试验数据也不同，厚度大的试样，一般试验数据偏小。也就是说试样越厚存在缺陷的概率越高。从塑料制品上直接取样时，取样位置要具有代表性，取样时要远离边缘和转角部位，并变换不同的角度和更换不同的位置。注射模塑试样往往后收缩较大，被测部位若出现轻微缩痕影响平整度要注意多测几点，以得出其真实尺寸。试样制备好后，要在恒温性湿条件下放置处理，在放置过程中，将引起分子量、分子构型、物理状态的变化，并能消除试样内存的残余应力。

检测过程对塑料拉伸检测的影响

在对塑料做拉伸检测试验时，拉伸速度变化，其力学行为也将发生改变。一般情况下，拉伸速度快应力和拉伸强度增大，而断裂伸长率将减小。因为塑料属于粘弹性材料，它的力松弛过程与变形速度紧密相关。应力松弛需要一个时间过程，当低速拉伸时，分子链来得及位移、重排，塑料呈现韧性行为，表现为拉伸强度减小，断裂伸长率增大；高速拉伸时，分子链段的运动跟不上外力作用的速度，塑料呈现脆性行为，表现为拉伸强度增大，断裂伸长率减小。只有拉伸速度相同时，试验数据才具有可比性。对不熟悉的材料，正式测试之前要进行预测，以预知合适的负荷和速度等，为正式测试做好准备。

数据处理对塑料拉伸检测的影响

数据处理是整个试验过程的一个重要环节，因此与试验结果的精确程度有着密切的关系。

现在的材料试验机多数由计算机控制，数据处理已程序化，但是有些数据还是依靠人为测试和计算。如试样尺寸、位移变化、伸长率计算等。

数据的处理采取四舍五入的原则，要以测量误差为依据，将测试得到的或计算得到的数据截取成所需要的位数，对舍去的位数按四舍五入处理（或省略掉）。

人员操作对塑料拉伸检测的影响

试验的整个过程都是在人的操作和控制下进行的，人为因素不可避免地会影响到试验结果。即便是精细认真有实验经验的人做试验，每次试验数据也都不会完全一致。人为因素涉及到取样、制样过程，试样的处理，试验过程、数据处理等。做对比试验，最好同一人员操作，以保证得出正确的结论。试验人员严格执行试验标准和操作规程，日常加强对拉伸试验机等设备要注意保养、运转和自校，以保证实验时处于良好状态，才能获得准确的试验数据。

万能试验机发展历程

作为拉伸测试的执行者，我们一起看看走到现在，万能拉力机都经历了哪些故事。

来源：嘉峪检测网/常州精密钢管博客网