式中,
E为弹性模量,单位为MPa;
A为试样横截面积,单位为mm2; v为试验速度,单位为mm/min; L为夹头间距,单位为mm。
使用模量范围内施加力值的变量来确定所需的准确度,使用下面公式计算,假设相关力值精度应达到1%以内: 模量范围内的力增量: ΔF=E·A(ε2-ε1)=E·A·Δε 准确度(1%的一半):
-3
r=5 x 10x ΔF=5 x 10-3 x E·A·Δε 记录频率:
示例:
当v=1 mm/min,Δε=2 x 10-3和L=115 mm时,则记录频率为fforce=14.5 Hz。
图2—假设准确度为1%,不同标距测量模量时,对引伸计准确度的要求
5.2 测量试样宽度和厚度的装置 见ISO 16012和ISO 23529。 6 试样
6.1 形状和尺寸
见ISO 527各部分内容中的规定。 6.2 试样制备
见ISO 527各部分内容中的规定。 6.3 标线
如使用光学引伸计,特别是对于薄片和薄膜,应在试样上标出规定的标线,标线与试样的中点距离应大致相等(±1 mm),两标线间距离的测量精度应优于1%。
标线不能刻划、冲刻或压印在试样上,以免损坏受试材料,应采用对受试材料无影响的标线,而且所划的相互平行的每条标线要尽量窄。 6.4 试样检查
试样应无扭曲,相邻的平面间应相互垂直。表面和边缘应无划痕、空洞、凹陷和毛刺。试样可与直尺、直角尺、平板比对,应用目测并用螺旋测微器检查是否符合这些要求。发现试样有一项或几项不合要求时,应舍弃或在试验前机加工至合适的尺寸和形状。
注塑试样需要1o到2o的拔模角以利于脱模。同时,注塑试样不可避免的存在凹陷。由于冷却过程的不同,试样中部的厚度一般小于试样边缘。厚度差Δh≤0.1 mm时可以接受(见图3)。
注:hm为试样在此截面上的最大厚度,h为试样在此截面上的最小厚度,Δh=hm-h≤0.1 mm。
图3—注塑试样横截面(被夸大的)
注:ISO 294-1:1996的附录D给出了如何减小注塑试样凹陷的指导。
6.5 各向异性
见ISO 527的相关部分的说明。 7 试样数量
7.1 每个受试方向和每项性能的试验,试样数量不少于5个。如果需要精密度更高的平均值,试样数量可多于5个,可用置信区间(95%概率,见ISO 2602)估算得出。
7.2 应废弃在肩部断裂或塑性变形扩展到整个肩宽的哑铃形试样并令取试样重新试验。 无论数据怎样变化,不应随意舍弃,因为数据的变化是受试材料性能变化的函数。 8 状态调节
试样应按有关材料标准进行状态调节。缺少该方面资料时,应从ISO 291中选择最合适的状态调节条件,除非有关方面另有商定。 状态调节时间至少为16 h,除非已知试样对湿度不敏感而不需控制湿度的情况下,优选的调
o
节气氛为(23 ±2)C和(50±10)% R.H.。 9 试验步骤 9.1 试验环境
应在与试样状态调节相同环境下进行试验,除非有关方面另有商定,例如在高温或低温下试验。
9.2 试样尺寸
按照ISO 16012或ISO 23529确定试样的尺寸。
记录每个试样中部以及标距内距边缘5 mm范围内的试样宽度和厚度的最小和最大值,确认其处于该材料标准规定的允差范围内。使用测量宽度和厚度数值的均值计算试样的横截面积。 对于注塑试样,在试样中部5 mm范围内的宽度和厚度即可。 对于注塑试样,不需要测量每个试样的尺寸。从每一批次中选择一个试样测量,以确定其尺寸与所选试样类型相符(见ISO 527的相关部分)。对于多腔模具,需确认不同腔内的试样尺寸差别不大于±0.25%。 从板材或薄膜上切割得的试样,可以假设模具中间平行部分的平均宽度与试样的宽度相等,但该步骤应基于进行定期对比测量的基础上。 9.3 夹持 试样放入夹具中,务必使试样的长轴线与试验机的轴线成一条直线。平稳而牢固地夹紧夹具,以防止试样滑移。夹具压力不应使试样产生裂纹或被挤压。 9.4 预应力 试样在试验前应处于基本不受力状态。但在薄膜试样对中时可能产生这种预应力,特别是较软材料由于夹持压力,也能引起这种预应力。但是需要避免应力/应变图出示部分出现脚趾区(toe region)(见5.1.3)。试验初始的预应力值σ0应为正值,但不能超过下值。 对于模量测定:0 <σ0 ≤Et/2000
对应于ε0≤0.05%的预应变,以及对于测量相关压力σ*,如σ*=σy或σm: 0 <σ0 ≤σ*/100
如果在夹持样品后,试样中的应力超出上面两式给出的范围,可缓慢移动十字头来去除应力,如以1 mm/min的速度调节,直到应力落入上面两式规定的范围。 如果所需要的用于调节预应力值的模量或力值未知,可通过预试验来估计这些数值。 9.5 引伸计的安装 平衡预应力后,将校准过的引伸计安装到试样的标距上并调正,或根据5.1.5所述,装上纵向应变规。如需要,测出初始距离(标距)。如要测定泊松比,则应在纵轴和横轴方向上同时安装两个伸长或应变测量装置。 用光学方法测量伸长时,若需要,应按6.3的规定在试样上标出测量标线。 引伸计或应变仪应在试样中心线上且在试样中间部分对称安装。 9.6 试验速度 根据材料的相关标准确定试验速度,若缺少相关资料,可与有关方面根据表1商定。 测定弹性模量时,选择的试验速度应尽可能使应变速率接近每分钟1%标距。 测定弹性模量、屈服点前的应力/应变性能及屈服点后的性能时,可能需要采用不同的试验速度。在测试弹性模量(应变最大值ε2=0.25%)之后的试样可用于后续的测试试验。 在使用其他速度试验之前,最好将试样卸载,但测试弹性模量后也可以不卸载试样而是直接改用其他速度测试。当试验中改变试验速度时,确保应变ε≤0.3%。 对于任何其他目的的试验,不同试验速度应使用单独的试样。 9.7 数据记录 记录试验中试样负荷及相应的标距和夹头间距离的增量。这需要三个数据记录通道。如果只有两个通道,记录负荷值和引伸计信号。推荐使用自动记录系统。 10 结果计算和表示 10.1 应力
用下面公式计算应力值: σ=F/A
式中σ为应力值,单位为MPa,F为测量的负荷,单位为N,A为试样横截面积,单位为mm2。
当计算x%应变的应力时,x应参照相关的产品标准或由相关方商定决定。 10.2 应变
10.2.1 引伸计测量应变
对于材料和/或试验条件使得试样平行部分的应变值均匀改变时,即屈服点前的应变值,3.7中定义的应变值都需使用下式计算: ε=ΔL0/L0
式中,ε为应变值,以比值或百分比表示,L0为试样的标距长度,单位为mm,ΔL0为标线间试样长度的增长量,单位为mm。 使用引伸计测量应变值使得标距长度内的应变平均化。这是正确和有用的,只要试样在标距范围内的变形是均匀的。如果材料开始变细,造成应变分布不均匀,此时引伸计所测量的应变值会明显受到试样变细部分的位置和尺寸的影响。这种情况下,使用公称应变来描述屈服点后的应变变化。 10.2.2 公称应变 10.2.2.1 通用 公称应变适用于没有引伸计的情况,例如试验小型化样品,或者在屈服点后试样发生变细而使得用引伸计测量的应变数值无意义的情况下。公称应变基于夹具间距离的增量相对于初始夹握距离。可以接受以测量十字头位移代替测量夹头间位移。十字头位移应按仪器要求校正。
可使用下面两种方法确定公称应变。 10.2.2.2 方法A 试验开始后记录夹头间的位移。以下式计算公称应变: εt=Lt/L
式中,εt为公称应变,以尺寸比值或百分比表示;L为夹头间距离,单位为mm;Lt为试验开始后夹头间距离的增量,单位为mm。 10.2.2.3 方法B
方法B更适用于存在屈服和变细的多用途试样,但要求屈服时的应变是由引伸计准确测量的。记录仪器夹头间的位移。以下式计算公称应变:
式中,εt为公称应变,以尺寸比值或百分比表示;εy为屈服应变,以尺寸比值或百分比表示;L为夹头间距离,单位为mm;ΔLt为试验开始后夹头间距离的增量,单位为mm。 10.3 拉伸模量 10.3.1 一般要求 使用以下方案之一计算3.9中定义的拉伸模量。 10.3.2 两点法
式中,Et为拉伸模量,单位为MPa;σ1为应变ε1=0.0005(0.05%)时的应力,单位为MPa;σ2为应变ε2=0.0025(0.25%)时的应力,单位为MPa。 10.3.3 回归斜率 使用计算机对计算区域曲线进行线性回归处理。
dσ/dε为对0.0005≤ε≤0.0025曲线区域进行最小二乘法处理所得的斜率,单位为MPa。 10.4 泊松比
若存在屈服点,在该点之前画出试样宽度或厚度相对于测量部分长度的曲线,并去除其中可能受到试验速度变化影响到的部分。
确定宽度(厚度)的改变相对于测试长度改变的曲线斜率Δn/ΔL0。应使用最小二乘法计算,若可行,优选模量测试区域及随后速度改变之后曲线的线性部分。以下式计算泊松比。
式中,μ为泊松比,无量纲;Δεn为选择的横向方向上的应变减小,同时的纵向应变升高为Δεl,以无量纲比值或百分比表示;Δεl为选择的纵向方向上的应变增大,以无量纲比值或百分比表示;L0和n0分别为初始纵向和横向标距,单位为mm;Δn为试样标距在横向上的减小:n=b(宽度)或n=h(厚度),单位为mm;ΔL0为相应的标距在纵向上的增大,单位为mm。 对应于相关轴,泊松比以μb(宽度方向)或μh(厚度方向)表示。 建议在大应变区域0.3%≤ε<ε(见附录B)计算泊松比。计算区域的有效性可利用Δn vs.y
ΔL0曲线(横向尺寸变化vs.纵向尺寸变化)来确定,泊松比以该曲线的线性部分来确定。 注:塑料为粘弹性材料,此时,泊松比由测量时力值区域决定,因此,宽度(厚度)相对于长度曲线可能非直线。 10.5 统计分析参数 计算试验结果的算术平均值,如需要,可根据ISO 2602的规定计算标准偏差和平均值95%的置信区间。 10.6 有效数字 应力和模量保留三位有效数字,应变和泊松比保留两位有效数字。 11 精密度 见ISO 527与受试材料有关部分的规定。 12 试验报告
试验报告应包含a)至q)项内容。添加“拉伸”在每个和平均属性之前,见m)、n)和o)项目。
a)注明引用ISO 527的相关部分;
b)受试材料的完整标识,包括类型、来源、制造厂代号和所知的历史; c)材料(不管其为成品、半成品、试板还是试样)的性能和形态,包括主要尺寸、形状、加工方法、层合顺序和预处理情况;
d)试样类型及平行部分的宽度和厚度,包括平均值、最小值和最大值; e)试样制备及加工方法的详细情况;
f)如果材料是成品或半成品,试样切割的方向; g)试样数量;
h)状态调节和试验的标准环境,如果需要,根据有关材料或产品相关的标准所增加的特殊状态;
i)试验机的精度等级(见ISO 7500-1,ISO 9513和5.15); j)伸长或应变指示仪的类型以及标距L0;
k)夹持装置类型,夹持距离L; 1)试验速度;
m)第3章定义的单个试验结果;
n)试验结果的平均值,引用的受试材料指标值;
o)标准偏差和/或变异系数及平均值的置信区间,如果需要; p)有否废弃和更换试样的说明及其原因; q)试验日期。