拉伸强度及断裂标称应变检测

拉伸强度与断裂标称应变是评价材料力学性能的核心指标，尤其在塑料、橡胶、薄膜、金属、复合材料及纺织物等领域具有至关重要的地位。拉伸强度（Tensile Strength）反映了材料在拉伸载荷下抵抗断裂的最大能力，通常以单位面积所能承受的最大拉力表示（如MPa）。断裂标称应变（Nominal Strain at Break），有时也称为断裂伸长率，则表征材料在断裂前能够承受的塑性变形程度，即试样断裂时相对于原始标距长度的百分比伸长量。这两项参数的准确测定对于材料研发、产品设计、质量控制、寿命预测以及满足特定应用场景（如结构件、包装材料、医疗器械、电线电缆等）的安全性与功能性要求具有不可替代的作用。因此，建立标准化的检测流程至关重要。

主要检测项目

本检测的核心项目明确聚焦于以下两项：

1. 拉伸强度 (Tensile Strength, TS): 在拉伸试验中，试样所承受的最大拉伸应力。其计算方式为试样断裂或达到应力最大值时所记录的载荷（F_max）除以试样的原始最小横截面积（A₀）。

2. 断裂标称应变 (Nominal Strain at Break, ε_tB): 试样断裂时的标称应变。其计算方式为试样断裂时标距的伸长量（ΔL_B）除以原始标距长度（L₀），通常以百分比形式表示（%）。

核心检测仪器

进行拉伸强度和断裂标称应变检测需要高精度、高稳定性的专用设备：

1. 万能材料试验机 (Universal Testing Machine, UTM): 这是核心设备。它必须能够：

• 施加可控且精确的拉伸载荷（通常为伺服电机或液压驱动）。
• 配备高精度的力传感器（Load Cell），量程需覆盖被测材料的预期强度范围，精度等级通常要求达到0.5级或1级（如ISO 7500-1标准要求）。
• 具有精确测量位移（横梁移动距离）的能力。

2. 引伸计 (Extensometer): 这是准确测量断裂标称应变（及弹性模量、屈服应变等）的关键设备。引伸计直接夹持或接触在试样的平行部分（标距段）上，测量标距段内的真实变形量。其精度要求极高（分辨率通常在微米级，如≤1μm），以避免横梁位移中包含的试样夹持端滑移、夹具变形等误差。根据材料和测试标准，可选择接触式（如夹式引伸计）或非接触式（如视频引伸计、激光引伸计）。对于某些薄膜或脆弱材料，可能需要特定夹具或应变片。

3. 数据采集系统： 高速、高精度地实时采集力（载荷）和变形（位移或应变）信号，并绘制应力-应变曲线。

4. 夹具 (Grips): 用于牢固且可靠地夹持试样两端，确保在拉伸过程中试样不打滑、不被过早夹断或产生应力集中。夹具类型需根据试样形状和材料选择（如楔形夹具、气动夹具、缠绕夹具、螺纹夹具等），并常配有自对中装置。

5. 试样制备设备： 如裁刀（用于塑料片材、橡胶）、车床/铣床（用于金属棒材）、模切机等，确保试样尺寸精确符合标准要求。

6. 环境箱 (可选)： 若需在特定温度或湿度条件下测试，需配备环境试验箱集成到试验机上。

标准检测方法

拉伸强度和断裂标称应变的检测遵循严格的标准化流程：

1. 试样制备： 严格按照相关检测标准（如ISO 527, ASTM D638, GB/T 1040等）规定的形状（通常为哑铃状，分I-V型等）、尺寸、平行段长度、厚度/宽度、标距（L₀）以及取样方向（如平行/垂直于材料流动方向或织物经纬向）制备试样。试样表面应无可见缺陷、划痕、毛刺。每组试验通常需要至少5个有效试样。

2. 状态调节： 将制备好的试样在标准实验室环境（通常是23±2°C, 50±10% RH）下放置规定时间（如88小时），以达到温湿平衡，消除加工应力。

3. 试样尺寸测量： 精确测量试样的原始最小宽度和厚度（或直径），用于计算原始横截面积（A₀）。精确测量或标记原始标距（L₀）。

4. 安装试样与设备：

• 将试样对称地安装在试验机的上下夹具中，确保试样纵轴与拉伸方向（力轴线）一致。
• 小心安装引伸计到试样的标距段上（若标准要求或需要精确测量应变）。
• 设置数据采集参数（采样频率等）。

5. 设置测试参数： 在试验机控制软件中设置：

• 测试类型：拉伸。
• 加载速率（应变速率或应力速率）：这是关键参数，必须严格遵守标准规定（如ISO 527-2中规定1A/1B型试样的速度为5 mm/min或50 mm/min）。速率选择影响结果，尤其对粘弹性材料。
• 结束条件：通常为试样断裂。

6. 执行测试： 启动试验机，软件自动控制横梁按设定速率移动，对试样施加拉伸载荷。同时，力传感器和引伸计（或位移传感器）持续同步采集载荷（F）和变形（伸长ΔL或应变ε）数据。

7. 数据记录与计算：

• 软件实时绘制并记录载荷-位移曲线或应力（F/A₀）-应变（ΔL/L₀）曲线。
• 自动或手动从曲线上识别并记录最大载荷（F_max）和试样断裂时的载荷（F_B）及对应的伸长量（ΔL_B）。
• 计算拉伸强度 (TS): TS = F_max / A₀ (MPa)
• 计算断裂标称应变 (ε_tB): ε_tB = (ΔL_B / L₀) × 100%

8. 结果报告： 报告每组试样的拉伸强度和断裂标称应变的算术平均值，通常还需报告标准差或最大最小值。同时报告试样类型、尺寸、状态调节条件、测试速度、环境温湿度、使用的测试标准等信息。

关键检测标准

以下是一些广泛应用于不同材料拉伸强度和断裂标称应变检测的主要国际和国家标准：

通用/塑料：

• ISO 527-1 & -2: 塑料 - 拉伸性能的测定 (Part 1: 通则； Part 2: 模塑和挤塑塑料的试验条件)
• ASTM D638: 塑料拉伸性能标准试验方法
• GB/T 1040.1 & .2: 塑料 拉伸性能的测定 (中国国家标准，等效采用ISO 527)

橡胶/弹性体：

• ISO 37: 硫化或热塑性橡胶 - 拉伸应力应变性能的测定
• ASTM D412: 硫化橡胶和热塑性弹性体拉伸试验方法
• GB/T 528: 硫化橡胶或热塑性橡胶 拉伸应力应变性能的测定 (中国国标，等效ISO 37)

薄膜/薄片：

• ISO 1184

  检测机构资质证书

  

  CMA认证

  检验检测机构资质认定证书

  证书编号：241520345370

  有效期至：2030年4月15日

  

  CNAS认可

  实验室认可证书

  证书编号：CNAS L22006

  有效期至：2030年12月1日

  

  ISO认证

  质量管理体系认证证书

  证书编号：ISO9001-2024001

  有效期至：2027年12月31日