聚乙烯拉伸性能试验影响因素的分析

聚乙烯拉伸性能试验影响因素的分析聚乙烯拉伸性能试验影响因素的分析摘要：本文分析了影响聚乙烯塑料拉伸实验结果的因素，包括实验仪器、试样制备与处理、实验环境、操作过程、数据处理和人员因素等。通过实验和分析，指出了这些外部因素对试验结果的影响原因和影响方式，并据此给出了聚乙烯拉伸性能的最佳测试条件。关键词：聚乙烯压片拉伸强度断裂伸长率1引言聚乙烯塑料是一种性能优良的材料，广泛应用于生产、生活的各个方面。在塑料的各项性能中，力学性能是影响塑料实际应用的一个最重要方面，包括拉伸强度、弯曲模量、冲击强度等。其中塑料的拉伸强度和断裂伸长率是决定塑料产品在使用过程中受外力作用下能否保持原有形状的主要因素，因此它们的测试有着非常重要的意义。实际测试过程中，由于影响拉伸性能试验的因素很多，导致测试结果波动较大，从而影响聚乙烯产品等级的判定。于是厂里成立了技术攻关小组对生产工艺和试验部分加以改进，本人主要负责测试方面的工作。通过对影响整个试验过程的因素的分析，在遵循国家标准的基础上确定了各参测量参数，制定了新的操作规程，为工艺生产及顾客提供真实准确的产品数据。2试验部分2.1主要仪器和设备4465型万能试验机（美国INSRON公司）螺旋测微计可读度0.01mmPL-15型.压片机（西班牙IQAPLAP公司）2.2测试方法依从标准拉伸断裂强度：GB1040-92压片试验：GB/T9053-88环境状态调节：GB/T2918-19822.3试验材料我厂生产的聚乙烯（PE）LLDPE-F-20D008（国家牌号）9085（厂内牌号）200610033（批号）2.4PE9085优级品控制指标熔融指数：0.75±0.2g/10min密度：0.920±0.002g/cm3拉伸强度：≥17Mpa断裂伸长率≥700%2.5样条形状采用GB/1040-1992Ⅱ型（哑铃型）样条3结果与讨论：。3.1试样的制备对测定结果的影响标准试样的制备是塑料各项性能测定的基础，对试验结果有决定性的影响。我厂的拉伸性能测试中采用GB/1040-1992Ⅱ型（哑铃型）样条，压片试验方法参考GB/T9053-88。3.1.1压片温度对测定结果的影响图1.压片温度对断裂伸长率和拉伸强度的影响图1压片温度对断裂伸长率和拉伸强度影响02004006008001000150160170180190温度/℃断裂伸长率％14151617181920拉伸强度/Map断裂伸长率拉伸强度由图1中试验结果可以看出，拉伸强度随着温度的增加而降低，拉伸断裂伸长率随着温度的升高而升高。压片加热的目的是使塑料塑化并流动，但又不能产生热分解。当压片温度过低时，塑料塑化不良，因而其流动性差，难以充满模框，即使提高压力勉强充满，由于塑化不良导致塑料拉伸强度性能下降。温度过高时，塑料内分子排列被破坏并会导致分子链断裂，最终降低塑料的拉伸强度。因此压片温度控制在塑料流动温度和分解温度之间。温度升高，聚合物的黏度较低，在恒定应力下，高弹形变与粘性形变都要增大，但这高弹形变增加有限，粘性形变能很快发展，所以断裂伸长率增大。由图1可知，温度应控制在160-180℃之间，但是对于PE样品可取高限以强化塑化效果。所以压片温度应控制在(175±5）℃。3.1.2排气对测定结果的影响表1预热后试样排气对拉伸强度和断裂伸长率的影响项目排气不排气拉伸强度（MPa）18.218.317.517.4断裂伸长率（％）780782750752由表1可知：预热压片后，对试样进行排气比不排气平均数值上拉伸强度高了4%，断裂伸长率高了5.9%，这是因为，热塑性塑料中通常含有少量的水分和尚未反应的残余单体，从而会造成试样中含有气泡。通过排气，可以赶走气泡，并压实物料，使拉伸强度，断裂伸长率数值上升，所以我们规定，预热后排气5-10次。3.1.3压片压力对测定结果的影响表2PE9085压片热压，冷压时压力对拉伸强度和伸长率的影响项目压力（bar）2050100200拉伸强度（MPa）15.216.518.521.6.断裂伸长率（％）860795770692由表2可知随着压力的增加拉伸强度有所增加，伸长率下降。这是因为在压片过程中，提高压力会使熔融物的大分子结合的更加紧密，减小了分子间的自由体积，聚合物的黏度有所升高。在正常的温度范围内，PE样品增加压力与降低温度的影响具有等效性。压力太高，试样压成片后会出现内陷，厚度偏薄。压力太低，厚度就会偏厚，超出规定的范围。我厂压片压力控制在100bar±5%.3.1.4试样厚度对测定结果的影响在压塑样片时使用不同厚度的模具可以得到不同厚度的样条。因此，我制作了不同厚度的样条，对拉伸强度和断裂伸长率与样条厚度的关系进行了测试。实验结果见表3PE9085试样厚度对拉伸强度和断裂伸长率的影响。表3PE9085试样厚度对拉伸强度和断裂伸长率的影响项目压片厚度/mm124拉伸强度（MPa）13.813.5不断裂断裂伸长率（％）370795不断裂注：试样拉伸速度200mm/min。国标GB/T1040-92Ⅱ型推荐三种厚度的样条，分别是1mm,2mm.4mm。由表3可知，试样在2mm厚度比1mm厚度拉伸强度略有下降，伸长率大幅度提高。厚度为4mm的样条无法拉断。这是因为，。根据聚合物的微观缺陷理论，试样厚度越大，产生缺陷的可能就越高，因此试样厚度愈大，试样测得拉伸强度愈低。断裂伸长率随着厚度的增大而增大。所以应该严格控制样条厚度，避免因样条厚度的偏差而影响测试结果的准确性。对此我们实验室规定了样条厚度控制在2.0±0.2cm。3.2测定条件对测定结果的影响3.2.1测试温度对测定结果的影响为了检验温度对测试结果的影响，我们对不同温度下PE9085的拉伸强度和断裂伸长率进行了测试。实验结果见下页图2测试温度对断裂伸长率和拉伸强度的影响。根据聚合物理论，热塑性塑料的拉伸性能测试受温度的影响较大，伴随着温度的上升，试验曲线将由硬脆型向粘强型转变，拉伸强度变小，而断裂伸长率将变大。从上面的分析结果可以看到，随着温度的升高，拉伸强度发生了明显的下降，而断裂伸长则明显增加，这与理论相俯。通过上面的分析可知测试温度对拉伸试验结果有很大影响，所以塑料的拉伸性能测试必须在恒温条件下进行。对此，我们严格执行了国家标准，规定测试温度（23±2）℃图2测试温度对断裂伸长率和拉伸强度的影响图2测试温度对断裂伸长率和拉伸强度影响020040060080010002021222324252627温度/℃断裂伸长率/％0510152025拉伸强度/Map断裂伸长率拉伸强度3.2.2拉伸速度对测定结果的影响根据理论，测试速度将对测试结果有一定的影响。我厂测试9085牌号聚乙烯采用GB/T1040-92。在此基础上，我们对不同测试速度下的拉伸强度进行了测试，测试结果见表4PE9085拉伸速度与其拉伸性能的关系。表4拉伸速度对拉伸强度和断裂伸长率的影响项目拉伸速度/mm/min50100200500拉伸强度（MPa）11.215.417.825.4断裂伸长率（％）1050920770560国标GB/T1040-92推荐50mm/min,100mm/min,200mm/min,500mm/min四种拉伸速度。从表4看出，试验过程中，拉伸速度发生变化，其力学行为也会发生改变。拉伸速度快，屈服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，它的应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，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；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。从表4中可以看到，测试速度对拉伸强度及其它性能均有较大影响。因此测试过程中应严格控制测试速度，我厂确定的测试拉伸速度为200mm/min.3.3环境状态调节对拉伸性能的影响试样制备好后，要在恒温恒湿条件下进行环境状态调节。我厂执行GB/T2918-1982标准，严格控制环境条件温度（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%。在放置过程中，将引起分子量、分子结构、物理状态的变化，并能消除试样内存在的残余应力。对此，我测试了不同环境状态调节时间下的测定结果，考察其影响，结果如图3放置时间对断裂伸长率和拉伸强度的影响。图3放置时间对断裂伸长率和拉伸强度的影响图3放置时间对断裂伸长率和拉伸强度影响020040060080010001200161218243248时间/min断裂伸长率/%141516171819拉伸强度/Map断裂伸长率拉伸强度由图3可知，在1-18小时之间拉伸强度和断裂伸长率数值变化较大，超过24小时数据稳定基本不发生变化。为了提高效率，缩短数据报出时间尽快出厂销售，把环境与预处理时间定为24小时。3.4拉力机性能对试验结果的影响材料试验机是专门用于材料力学性能的测试的仪器，可测试塑料产品的拉伸强度、拉伸伸长率、断裂伸长率、弯曲模量等多项性能。材料试验机影响拉伸试验结果的因素主要有：测力传感器精度、速度控制精度、夹具、同轴度等。对此，应该定期对试验机进行检定，保证试验机处于良好状态。每年由国家钢铁材料测试中心检定一次。同时，测试过程中我们时刻情况变化，出现任何故障，必须进行重新检定，保证分析数据稳定性，重复性，真实性3.5测试人员及数据处理对试验结果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践经验的人做试验，每次试验结果也都不会完全一致的。人为因素涉及到取样、制样过程，试样的处理，试验程，数据处理等数据处理是整个试验过程的一个重要的环节，因此与试验结果的精确程度有着密切的关系。测试过程中出现的异常情况，如超大或超小的数据，相应的舍去，再补充响应的试验要求的试样个数。所以，测试人员在数据处理过程中应仔细认真。人为的数据处理过失将直接影响测试结果。同样，错误的数据计算也将导致结果的不可靠。4结论根据上述对拉伸性能试验结果影响因素分析，提出以下方面的改进及注意事项：1、样品制备过程中，压片温度控制在(175±5）℃，预热后排气5-10次，压力控制在100bar±5%，样条厚度控制在（2.0±0.2）cm2、严格控制测试环境温度（23±2）℃，测试过程中的电子拉力机拉伸速度为200mm/min±5%，3、环境预处理时间为24小时4、必须保证测试仪器的工作正常，并对仪器进行定期检验5、对测试中的人员因素进行控制，减少人为误差，保证得到良好的试验结果。从试验角度来说，要充分考虑并严格控制与试验结果准确程度有关的因素，试验结果才具有可比性、一致性和准确性。对此，我对这些影响塑料拉伸试验结果的外在因素进行了分析和讨论，并就我厂的实际情况提出了解决办法。现在这些操作条件已经被采用，改进了聚乙烯力学性能测试过程，更加真实地反映出我厂PE9085力学性能并为工艺生产和顾客提供了准确的测试数据。参考文献石油化工产品及试验方法标准汇编中国石化出版社2005周维祥塑料测试技术北京化工工业出版社1999黄锐塑料工程手册机械工业出版社2000