關於塑料的拉伸斷裂應變、拉伸斷裂標稱應變解讀

塑料作為現代工業的重要原材料，廣泛應用於各個領域。塑料的拉伸性能是最基本的力學性能之一，它指在規定的溫度、濕度和試驗速度下，在試樣沿縱軸方向施加拉伸載荷使其破壞而表現出來的特性，斷裂伸長率是拉伸性能的重要指標，可以衡量塑料韌性，為塑料產品設計、加工和應用提供依據。

目前各國標準對斷裂伸長率的測量方法及驗收要求並不統一，現行主流標準如下：ISO國際標準組織ISO（國際標準化組織）是製定國際標準的主要機構之一。在塑料領域，ISO製定了一係列關於塑料材料、產品、測試方法和性能要求的國際標準。例如，ISO 1133規定了塑料顆粒體積密度的測定方法，ISO 527則涉及塑料拉伸性能的測定。ASTM美國材料與試驗協會ASTM（美國材料與試驗協會）是全球領先的材料、產品和係統測試標準製定機構。在塑料領域，ASTM製定了一係列關於塑料性能測試、分析和評估的標準，如ASTM D638用於測定塑料拉伸強度和伸長率。GB國家標準GB（國家標準）是我國製定和實施的標準體係。在塑料領域，GB標準包括塑料材料的基本性能、應用要求、測試方法等方麵。如GB/T 1040規定了塑料拉伸性能的測定方法。塑料行業是金屬材料發展後興起的一個行業，由於受金屬行業的影響，塑料的斷裂伸長率的定義也曾沿襲傳統金屬行業對斷裂伸長率的定義即：在拉力作用下，試樣斷裂時標線間距離的增加量與初始標距之比，用% 表示。

以斷裂伸長率表示材料的韌性具有簡單易行的優點，但實際對塑料的研究過程中發現，按照標距間的增長量來測量斷裂伸長率，在試樣上對標距進行標識， 既要保證標距的誤差符合要求， 又要保證試樣變形斷裂時能有效分辨出標識處， 這是非常困難的。

雖然目前使用大變形引伸計來跟蹤標距的變形，但引伸計自身存在重力，夾持力不大，且屈服過程試樣變形過快，在發生了明顯屈服後斷裂的試樣，使用大變形引伸計不能準確地捕捉到標距間真實的增長量，導致沿用傳統斷裂伸長率的定義會有很大的不準確性。

因此國際標準 ISO（包括國家標準GB）對原來的定義進行細化，把斷裂伸長率分為拉伸斷裂應變和拉伸斷裂標稱應變。

對各類材料拉伸斷裂應變、拉伸斷裂標稱應變的差別進行討論

合成樹脂和塑料的拉伸行為主要有 4 種形式:

a． 脆性無屈服;

b． 韌性有屈服，且屈服後應力升高;

c． 韌性有屈服。且屈服後應力不再升高;

d． 韌性無屈服。

四種拉伸行為應力--應變曲線，如下圖1圖一：應力-應變曲線圖二：樣條拉伸過程

應力與應變是材料力學中的兩個核心概念，它們描述了材料在外力作用下的內部反應與變形情況。理解這兩個概念對於分析材料在工程應用中的表現至關重要。

應力是材料在外力作用下內部產生的單位麵積上的抵抗力。外力包括外部施加的力、不均勻加熱或永久變形而產生的力。應力可以用來準確描述和預測彈性、塑性和流體行為。

應變是物體在施加力的方向上經曆的變形量除以物體的初始尺寸。應變是材料在應力作用下發生的變形程度，是一個無量綱的量。

拉伸斷裂應力試樣破壞時的拉伸應力（從GB/T 1040 2006 年版的“試樣斷裂時的拉伸應力”改為 2018 年版的“試樣破壞時的拉伸應力”，更為貼近實驗時的實際情況，因為有不少的塑料材料的最大拉伸應力不是材料斷裂時候的應力。）

拉伸斷裂應變εb對斷裂發生在屈服之前的試樣，應力下降至小於或等於強度的10%之前最後記錄的數據點對應的應變。隻要標距內的試樣的變形是相同的，則可用引伸計平均整個標距的應變來測定應變。

計算方法：對於材料/或測試條件，試樣的平行部分普遍存在相同的應變分布，例如在屈服前和到達屈服點的應變，可用公式計算：εb= ΔL0/L0（L0 :試樣的標距，單位mm ; ΔL0:試樣標距間長度的增量，單位mm ；εb用比值或百分數表示；）

拉伸斷裂標稱應變εtb對斷裂發生在屈服之後的試樣，應力下降至小於或等於強度的 10%之前最後記錄的數據點對應的標稱應變。

測定方法：當未使用引伸計時用標稱應變。例如，使用小型試樣或在屈服點後由於區域化（頸縮）使得引伸計測定失效時。標稱應變是相對於初始標距的夾具距離增加量，它是記錄橫梁的位移而不是測量夾具間的位移。可記錄橫梁的位移來替代測量夾具之間的距離。橫梁位移應按照機器柔度的影響來進行修正。可用A、B兩種方法來測定標稱應變。

計算方法A：記錄從試驗開始時機器夾具間的位移，計算公式：εtb= ΔLt/L（L :夾距，單位mm ; ΔLt:試樣時夾距的增量，單位mm ；εtb用比值或百分數表示；）

計算方法B：有屈服和頸縮的多用途試樣優選B法，但其屈服應變已用引伸計精確測定。記錄從試驗開始時機器夾具間的位移，可用公式計算：εtb=εy+ΔLt/L （εy:屈服應變，用比值或百分數表示；L :夾距，單位mm ; ΔLt:屈服點之後夾距的增量，單位mm ；εtb用比值或百分數表示；）

拉伸性能測試的準確與否，與所使用的測試儀器和測試人員有關，更與采用的測試標準密切相關，因此對測試標準的準確理解是測試的關鍵。

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