塑料中断裂伸长率检测方案(拉力试验机)

LAAN-A-EP-E011 No.P104i266 http：//www.shimadzu.com.cn400-650-0439 材料试验 AG-X Plus5 HITS-TX 塑料静态拉伸与高速拉伸断裂面的微观评估 摘要：本文使用岛津公司 AG-X Plus 电子万能试验机， HITS-TX高速拉伸试验机， EMPA-8050G，气动平推夹具，高速拉伸平推夹具等。根据拉伸测试标准要求，采用速度控制方法对丙烯酸树脂和聚丙烯进行静态拉伸、高速拉伸试验，并进行微观评估。试验证明，岛津公司 AG-X Plus、HITS-TX可满足试验标准的各项指标要求，平推夹具具有在测试中不打滑，断口位置好等特点。 关键词： AG-X Plus HITS-TX EMPA 近年来，塑料材料利用塑料的热特性和轻质性，广泛应用于从小齿轮到汽车、飞机等各个工业领域和应用领域。这些材料可能会受到动态变形的影响，例如，在涉及运输设备的碰撞和产品掉落时。因此，除了常规的静态试验外，为了保证可靠性，还必须进行冲击试验。特别是，由于构成塑料的聚合物具有粘弹性，既有粘性又有弹性，其力学特性表现出对环境温度、时间和变形速率的依赖性。另一方面，当发生损坏、故障事故或劣化现象时，迫切需要调查和对策。塑料的失效形式多种多样，包括静态断裂、 实验部分 1.1仪器 AG-X Plus 电子万能试验机 HITS-TX高速拉伸试验机 EMPA-8050G 平推夹具 1.2分析条件 速度控制方式：位移速度控制 试验温度：室温 加载试验速率：5/1000mm/min(静态拉伸) 10m/s(动态拉伸) 传感器容量：10KN 试验夹具：气动平推夹具/平握夹具 试验介绍 2.1试验配件介绍 静态拉伸试验采用 AG-X Plus 精密万能试验机，高速拉伸试验采用 HITS-TX高速拉伸试验机。图1/2分别显示了静态、高速拉伸试验照片。试验结束后，在断裂表面涂上金，并用光学显微镜和电子探针进行观察。图3显示了 EPMA的外观。图4显示了HITS-TX的外观。 采用岛津 AG-X Plus 精密万能试验机和 HITS-TX高速冲击试验机，研究了丙烯酸树脂(PMMA)和聚丙烯(PP)与试验速度关系。此外，试验后试样的断裂面用岛津EPMA (EPMA-8050G，以下简称EPMA) 电子探针微区分析仪观察了各种条件下的微观情况。 图1.静态拉伸试验 图2.动态拉伸试验 图3.EMPA-8050G 图 4.HITS-TX 拉伸试验后，对 PMMA 试样的断口进行镀金，并用光学显微镜和 EPMA 进行观察。 PMMA 静态拉伸后的断口如图5所示，高速拉伸后的断口如图6所示。在这些图中， (a)显示光学显微镜图像， (b)到(I)显示二次电子 EPMA 提供的图像。从静 态拉伸试验看断裂面 (图5(a))，估计裂纹从左边缘开始并向右侧扩展。图5(a)中的左边缘、中心和右边缘的 EPMA二次电子图像分别在图5(b)到(d)中示出。在左侧(图5(b))，即假定的裂纹萌生点，可以观察到没有明显特征的光滑表面。作为裂缝传播时，可以观察到沿裂纹扩展方向绘制的抛物线图案，如图5(e)所示，其放大图如图5(i)所示，并且随着进一步传播，可以观察到等轴抛物线图案，如图5(f)所示，其放大图如图5(j)所示。这种抛物线模式被认为是由从主裂纹扩展前树脂的杂质或其他特征(3)。研究认为，抛物线图案的形状是由于主裂纹的加速而改变的。尽管在断裂面中心周围也能观察到等轴抛物线图案，如图5(g)及其在图5(k)中的放大，在图5(c)的宏观图中，断裂表面的形态变为块状，与左侧相比水平差异较大。基于断裂表面形貌的这种变化，研究认为裂纹扩展会进一步加速。另一方面，即使在高速拉伸试验的断裂面(图6)，在上部也观察到沿裂纹扩展方向绘制的抛物线图(图6(e)及其放大图6(i))和与静态拉伸试验类似的等轴抛物线图(图6(f)及其放大图6(j))断裂面的左侧，这是假定的裂纹萌生点。然而，基于该区域较窄的事实，可以推断裂纹在萌生后很快发生加速。此外，在断裂面中心周围区域，观察到与静态拉伸试验类似的块状断裂面(图6(g))，并观察到等轴抛物线图案(图6(k))。最后，聚焦于两个断裂面的最终断裂部分，可以确定两个试样中较为平滑的抛物线型。在图6(h)及其放大图6(I)中，也可以观察到沿裂纹扩展方向绘制的抛物线图案，但在最终断裂时，该图案与之前的不同，表明裂纹扩展速率减速的可能性。 10 pm 10 pm 10 pm (b) (d) 图6.PMMA动态拉伸微观图 与 PMMA试一一样，试验结束后，在PP断裂表面镀金，并用光学显微镜和 EPMA 进行观察。静态拉伸试验和高速拉伸试验后的聚丙烯断裂表面分别如图7和图8所示。在这两中(a)显示光学显微镜图像， (b)到(I)显示次级电子探针成像。由于静态拉伸试验的断口面积与高速拉伸试验的断口面积相比较小，可以理解，静态拉伸断裂是塑性变形伴随颈缩产生的。在图(b)中的断裂面中部，观察到纤维断裂面以韧性方式伸长。图7(c)和(d)示出了图7(b)的左侧和中心区域附近的放大二次电子图像。看着图7(d)及其放大图，图7(e)至(h)，可见树脂纤维伸长的情况。另一方面，图7(c)中断裂表面周边的放大视 图显示断裂表面上有许多孔，如图7(i)所示。然而，这些都被认为是由于微腔的形成是由于树脂(如低分子量物质)或杂质。随着进一步增大(图7(j)至(I))，也可以观察到树脂的伸长情况。在高速拉伸试验中，断裂处没有出现颈缩现象，整个断口呈扁平、粗糙的片状。也就是说，认为试验速度的提高会导致无塑性变形的脆性断裂。断裂面中心的放大图如图8(d) 和(e)至(h)所示，以及外周放大图如图8(c)和(i)至(I)所示。中部和外周的断口形貌无明显差异，整个断口表面有多个微腔。此外，还可以看到树脂纤维伸长的局部区域，因此认为裂纹在微观尺度上是伴随塑性变形而扩展的。 图7.PP静态拉伸微观图 图8.PP动态拉伸微观图 应力-行程曲线和试验结果分别如图9和表1所示。高速拉伸试验中 PMMA 和 PP的拉伸强度均高于静态拉伸试验，证实了这两种塑料材料拉伸强度的试验速度依赖性。 Stroke [mm] 图9.应力-行程 表1试验结果 试样 断裂伸长率(%) PMMA(高速拉伸试验) 96.2 PMMA(静态拉伸试验) 71.3 PP(高速拉伸试验) 45.5 PP (静态拉伸试验) 26.4 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 ( 用户服务热线电话： 800-810-0439 ) 结论 采用岛津 AG-X Plus 精密万能试验机和 HITS-TX高速冲击试验机，对 PMMA和 PP的拉伸强度进行了测试。结果表明，随着 PMMA 和 PP拉伸强度的提高， PMMA 和 PP的拉伸强度均呈线性依赖关系。用岛津公司EPMA-8050G 型电子探针微区分析仪对两种塑性材料的断口进行了观察。在静态拉伸试验和高速拉伸试验中，两种塑料都观察到了不同的断裂表面，这表明可以通过断裂表面观察来确定损伤的原因。岛津试验系统可用于更精确的安全可靠性评估和分析产品损坏根本原因。虽然 EPMA 通常是元素分析的主要仪器，但是岛津EPMA-8050G的使用使得在在端表面区域(如FE-SEM，甚至在塑料材料中)的微观结构可以得到非常详细的观察。 岛津应用云 ( 免责声明： ) *本资料未经许可不得擅自修改、转载、销售； *本资料中的所有信息仅供参考，不予任何保证。如有变动，恕不另行通知。 近年来，塑料材料利用塑料的热特性和轻质性，广泛应用于从小齿轮到汽车、飞机等各个工业领域和应用领域。这些材料可能会受到动态变形的影响，例如，在涉及运输设备的碰撞和产品掉落时。因此，除了常规的静态试验外，为了保证可靠性，还必须进行冲击试验。特别是，由于构成塑料的聚合物具有粘弹性，既有粘性又有弹性，其力学特性表现出对环境温度、时间和变形速率的依赖性。另一方面，当发生损坏、故障事故或劣化现象时，迫切需要调查和对策。塑料的失效形式多种多样，包括静态断裂、冲击断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、环境引起的断裂。根据这些不同类型的断裂，可以观察到具有不同特征的断裂面。这表明可以通过断口观察来确定损伤的原因，并研究解决损伤的方法。采用岛津AG-X Plus精密万能试验机和HITS-TX高速冲击试验机，研究了丙烯酸树脂（PMMA）和聚丙烯（PP）与试验速度关系。此外，试验后试样的断裂面用岛津EPMA（EPMA-8050G，以下简称EPMA）电子探针微区分析仪观察了各种条件下的微观情况。