塑料管材拉伸性能制樣方法探討

吳飛 胡祥松 王先橋

斷裂伸長(zhǎng)率是對(duì)塑料管材柔韌性優(yōu)劣最直觀的考量。通過(guò)對(duì)管材斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定，來(lái)考查管材對(duì)地基不均勻沉降的適應(yīng)能力，是管道系統(tǒng)安裝后可靠性的重要參考。GB/T8804.3-2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測(cè)定第3部分 聚烯烴管材》標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定壁厚大于12mm的管材應(yīng)采用機(jī)械加工方法制樣。實(shí)際試驗(yàn)中常因機(jī)械加工制備的試樣拉伸面不夠平整、呈波浪形，導(dǎo)致拉伸時(shí)有局部開裂、數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、結(jié)果失真的情況發(fā)生。鑒于試驗(yàn)實(shí)際情況出現(xiàn)的問(wèn)題現(xiàn)就常用的Ⅰ型拉伸樣條制樣方法進(jìn)行探索。

一、制樣方法對(duì)拉伸產(chǎn)生的不利因素

沖裁制樣：優(yōu)點(diǎn)樣條平滑、一體成型拉伸面平整，缺點(diǎn)受壁厚影響，厚壁樣品不易沖裁或沖裁出現(xiàn)變形。

機(jī)械加工：常見為銑刀切割，優(yōu)點(diǎn)在于壁厚局限性小、省力，樣品形狀切割不變形，缺點(diǎn)為樣條切面為波浪形平面不平滑，拉伸容易出現(xiàn)裂口。

銑刀制樣因其工作原理為周期性旋轉(zhuǎn)切割，雖然高速旋轉(zhuǎn)切割減小了周期中間的間隔缺陷，但因?yàn)檫@短暫的間隔實(shí)際切面是呈波浪形的。制出的試樣在受到拉伸力的作用下，切面不平整、波谷缺陷被暴露并加重，波形拉伸面受力不均勻，導(dǎo)致局部由不平整面迅速由外向內(nèi)演變成裂口致使試驗(yàn)結(jié)果失真。

沖裁制樣對(duì)于厚壁樣品難點(diǎn)在于：一是沖裁阻力大切不透，二是沖裁樣條變形。變形是沖裁制樣過(guò)程中裁刀受擠壓拉伸平行部分變窄。最終沖裁出的樣條上切面是標(biāo)準(zhǔn)10毫米寬下切面可能就只有9毫米或8毫米寬，樣品呈倒梯形（ ）。沖裁制樣是一次成型樣品四面受力同時(shí)切除，力的作用是相互的壁厚越大切除阻力越大裁刀受壓越大，變形程度越嚴(yán)重。切不透是沖裁制樣一般為人力施壓，施壓不均勻一次性切不透，二次施壓沖裁制出的樣條在中部會(huì)出現(xiàn)切痕不利拉伸。大壁厚沖切阻力過(guò)大人力施壓已經(jīng)非常困難，再就是沖壓機(jī)中間承壓螺母為鑄鐵制造，多人施壓承壓螺母受力過(guò)大易碎裂致使沖裁失敗。解決機(jī)械制樣波形拉伸面的問(wèn)題，沖裁方法的裁刀變形、沖裁阻力問(wèn)題，將能制備出更完美的試驗(yàn)樣條使拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加真實(shí)客觀的反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量。

二、如何消除制樣不利因素的兩種探索

基于以上分析思考分步制樣可以有效解決問(wèn)題。增加一個(gè)中型樣條，以大化小先粗裁再精裁。粗裁留好余量先消除多余部分減小阻力，再精裁成型。具體操作如下：

1、利用已有工具進(jìn)行分步制樣，第一步以銑刀粗裁出中型樣條，中樣條的裁切余量以保障標(biāo)準(zhǔn)樣尺寸為基本，方便精裁為要點(diǎn)靈活把握。第二步以標(biāo)準(zhǔn)裁刀進(jìn)行沖裁切除最后幾毫米的薄皮，這樣既可以消除銑刀周期性切割造成的波形面問(wèn)題又解決了切除量太大切不透、變形的問(wèn)題。

2、直接增加特制中型裁刀（如圖2）。第一步制取待用的長(zhǎng)方形樣片，長(zhǎng)度略短于中型裁刀以消除端頭的切割阻力，寬度略寬以保證中部平行。中型裁刀裁制出的樣條尺寸上比標(biāo)準(zhǔn)樣條寬10mm，第二步將標(biāo)準(zhǔn)裁刀放在中型樣條正中間進(jìn)行加工，平行面切除量約為5mm的薄片同樣也可以裁出標(biāo)準(zhǔn)樣。方法2制樣耗時(shí)較1大大降低更快捷、更高效。

三、分步制樣的拉伸效果

兩種分步制樣方法的主要區(qū)別是對(duì)粗裁的處理方式不一樣，最后的精裁都是以標(biāo)準(zhǔn)裁刀進(jìn)行沖裁得到拉伸樣條。粗裁只是減輕了精裁難度對(duì)拉伸不會(huì)造成負(fù)面影響，精裁得到的都是同一標(biāo)準(zhǔn)樣，所以將以兩種混合制樣與單獨(dú)的機(jī)械銑刀制樣進(jìn)行拉伸效果比較。

同一樣品不同制樣方法的拉伸曲線對(duì)比圖如下：

從圖可以看出精裁制樣的拉伸數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，各單獨(dú)數(shù)據(jù)相近，表現(xiàn)更真實(shí)。銑刀制樣的拉伸異常數(shù)據(jù)相對(duì)偏高，根據(jù)對(duì)異常數(shù)據(jù)拉伸時(shí)的觀察是機(jī)械制樣的缺陷造成的局部開裂致使拉伸提前斷裂。塑料管材的拉伸斷裂原因有很多：熔融擠塑時(shí)形成的氣泡、原材料中的雜質(zhì)、成型時(shí)的沙眼、廢舊回塑料添加過(guò)多、混合不均勻的分層斷裂、試樣的外部損傷缺陷等等諸多因素。試驗(yàn)時(shí)如果沒(méi)有認(rèn)真的觀察試樣就有可能誤判成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題造成的斷裂，錯(cuò)誤的將無(wú)效數(shù)據(jù)判斷成正常拉伸將導(dǎo)致結(jié)果失真。即使能有效區(qū)分?jǐn)嗔褑?wèn)題，剔除樣條的外部缺陷造成的無(wú)效數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)量勢(shì)必要增加、樣條要多制備、拉伸次數(shù)更多耗時(shí)更長(zhǎng)，這樣得出的結(jié)果數(shù)據(jù)雖然沒(méi)有問(wèn)題，機(jī)械制樣拉伸也能真實(shí)反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量情況，但是工作不夠高效。通過(guò)拉伸試驗(yàn)分析對(duì)比，分步?jīng)_裁制樣不但制樣快捷高效，拉伸數(shù)據(jù)還更穩(wěn)定，試驗(yàn)證明分步制樣法是可行的且優(yōu)勢(shì)明顯。建議在GB/T8804標(biāo)準(zhǔn)中加入符合試驗(yàn)要求的分步制樣法。