王長進(jìn)，徐百薈，李思佳，胡 玲，李建喜

(1 中廣核三角洲(太倉)檢測技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215400；2 國家能源核電非金屬材料壽命評價與管理技術(shù)實驗室，江蘇 蘇州 215400)

拉伸性能是表征塑料機(jī)械性能最常規(guī)的方式，塑料的拉伸性能測試也是塑料最基礎(chǔ)的力學(xué)性能測試。塑料拉伸性能測試的最新國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1-2018[1]已于2018年12月28日發(fā)布，并于2019年11月1日正式實施。該國家標(biāo)準(zhǔn)自1979年首次發(fā)布，經(jīng)歷了1992年和2006年兩次修訂，并代替了GB/T 1040.1-2006[2]。GB/T 1040.1-2018使用翻譯法等同采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 527-1:2012[3]。該標(biāo)準(zhǔn)的修訂基本遵循了與國際接軌的原則，對統(tǒng)一塑料行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范起到重要的作用。國家標(biāo)準(zhǔn)新舊版本之間存在著一定的技術(shù)差異，包括修改了泊松比，優(yōu)化了計算機(jī)控制拉伸試驗機(jī)的定義和方法，多用途試樣優(yōu)選標(biāo)距從50 mm增加到75 mm，修改了拉伸標(biāo)稱應(yīng)變，增加了標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變的計算方法等，這些變更在前言中簡單羅列，限于篇幅未進(jìn)行詳細(xì)展開。本文較為詳細(xì)地展開描述GB/T 1040.1-2018(新版標(biāo)準(zhǔn))和GB/T 1040.1-2006(舊版標(biāo)準(zhǔn))新舊版本標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)差異和變化，以方便使用該標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)從業(yè)人員能夠快速地掌握和理解新標(biāo)準(zhǔn)。

1 范圍的對比差異

GB/T 1040.1-2018較GB/T 1040.1-2006在適用材料范圍上增加了硬質(zhì)和半硬質(zhì)熱塑性澆鑄材料。GB/T 1040.1-2006條款1.4關(guān)于樣品的機(jī)加工方法的介紹，調(diào)整為GB/T 1040.1-2018條款4.2.1， GB/T 1040.1-2006條款1.5關(guān)于樣品尺寸的介紹以及其他因素對測試結(jié)果影響的描述，調(diào)整為GB/T 1040.1-2018條款4.2.2。

2 規(guī)范性引用文件的對比差異

舊版標(biāo)準(zhǔn)共計3個引用文件，新版標(biāo)準(zhǔn)共計7個引用文件，對比差異如表1所示。新版標(biāo)準(zhǔn)主要修訂原則為ISO 527-1:2012中不注日期的國際標(biāo)準(zhǔn)翻譯引用，注日期的國際標(biāo)準(zhǔn)引用對應(yīng)注日期的國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 規(guī)范性引用文件對照表Table 1 Comparison table of normative reference documents

3 術(shù)語和定義的對比差異

對比新版標(biāo)準(zhǔn)和舊版標(biāo)準(zhǔn)，在術(shù)語和定義部分共計21處差異，差異的類型可以大致分為以下四種。第一種是新版標(biāo)準(zhǔn)新增術(shù)語和定義，比如厚度，寬度，截面積，夾具距離，硬質(zhì)塑料和半硬質(zhì)塑料，共計6個新定義，這些新定義提升了標(biāo)準(zhǔn)整體的嚴(yán)謹(jǐn)性。第二種是新版標(biāo)準(zhǔn)刪除術(shù)語和定義，比如拉伸強(qiáng)度標(biāo)稱應(yīng)變。第三種是新版標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化了定義的描述，不產(chǎn)生本質(zhì)差異，比如標(biāo)距，拉伸應(yīng)力，拉伸屈服應(yīng)力，拉伸強(qiáng)度，x%拉伸應(yīng)變應(yīng)力，拉伸應(yīng)變，拉伸屈服應(yīng)變，拉伸強(qiáng)度拉伸應(yīng)變，拉伸彈性模量。第四種是新版標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行了定義，比如拉伸斷裂應(yīng)力，拉伸斷裂應(yīng)變，拉伸標(biāo)稱應(yīng)變，拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變，泊松比。其中拉伸斷裂應(yīng)力和拉伸斷裂應(yīng)變需對拉力機(jī)如何判定試樣斷裂進(jìn)行明確，比如蘇州卓旭精密工業(yè)有限公司型號為TTDJ-1000的萬能材料試驗機(jī)，儀器設(shè)備默認(rèn)的瞬間力衰減≥50%時判為斷裂，舊版標(biāo)準(zhǔn)沒有明確，如果要滿足新版標(biāo)準(zhǔn)，儀器設(shè)備需調(diào)整為瞬間力衰減≥90%時判為斷裂。拉伸標(biāo)稱應(yīng)變和拉伸斷裂標(biāo)稱應(yīng)變在新版標(biāo)準(zhǔn)中選擇了更為直觀的橫梁位移來替代舊版標(biāo)準(zhǔn)中的兩夾具間距離的增量。泊松比在新版標(biāo)準(zhǔn)中選擇用形變量來替代舊版標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)變。

表2 術(shù)語和定義對照表Table 2 Comparison table of terms and definitions

續(xù)表2

拉伸彈性模量應(yīng)力σ2與σ1的差值與對應(yīng)的應(yīng)變ε2與ε1的差值(ε2-ε1,ε2=0.0025;ε1=0.0005)的比值;此定義不適用于薄膜和橡膠;借助計算機(jī),可以用這些監(jiān)測點間曲線部分的線性回歸代替用兩個不同的應(yīng)力/應(yīng)變點來測量模量模量:應(yīng)力/應(yīng)變曲線σ(ε)上應(yīng)變ε1=0.05%與應(yīng)變ε2=0.25%區(qū)間的斜率;可用弦模量或此區(qū)間線性最小二乘回歸線的斜率來計算;此定義不適用于薄膜泊松比在縱向應(yīng)變對法向應(yīng)變關(guān)系曲線的起始線性部分內(nèi),垂直于拉伸方向上的兩坐標(biāo)軸之一的拉伸應(yīng)變εn與拉伸方向上的應(yīng)變ε之比的負(fù)值;泊松比優(yōu)先用于長纖維增強(qiáng)材料在縱向應(yīng)變對法向應(yīng)變關(guān)系曲線的起始線性部分內(nèi),垂直于拉伸方向上的兩坐標(biāo)軸之一的拉伸形變量Δεn與拉伸方向上的形變量Δεl之比的負(fù)值夾具距離/夾具間試樣部分的初始長度硬質(zhì)塑料/在規(guī)定條件下,彎曲彈性模量或拉伸彈性模量(彎曲彈性模量不適用時)大于700 MPa的塑料半硬質(zhì)塑料/在規(guī)定條件下,彎曲彈性模量或拉伸彈性模量(彎曲彈性模量不適用時)在70～700 MPa之間的塑料

4 設(shè)備的對比差異

4.1 試驗機(jī)概述

舊版標(biāo)準(zhǔn)對試驗機(jī)的概述為試驗機(jī)應(yīng)符合GB/T 17200和本部分5.1.2～5.1.5的規(guī)定。新版標(biāo)準(zhǔn)對試驗機(jī)的概述為試驗機(jī)應(yīng)符合GB/T 16825.1-2008[4]和GB/T 12160-2002[5]以及本部分5.1.2～5.1.6的規(guī)定。這種變化主要考量的是以結(jié)果為導(dǎo)向，滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的試驗機(jī)在日常使用過程中可能會發(fā)生偏離，不一定滿足設(shè)備的校準(zhǔn)溯源要求或檢定規(guī)程。

4.2 試驗速度

新版標(biāo)準(zhǔn)推薦的試驗速度較舊版標(biāo)準(zhǔn)增加了0.125 mm/min，0.25 mm/min，0.5 mm/min和300 mm/min，主要是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，位移傳感器可以做到更精密，同時應(yīng)用端對產(chǎn)品的品質(zhì)要求更高。

4.3 負(fù)荷指示裝置

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定負(fù)荷測量系統(tǒng)應(yīng)符合GB/T 16825.1-2008定義的1級。舊版標(biāo)準(zhǔn)指出該裝置在規(guī)定的試驗速度下應(yīng)無慣性滯后，指示負(fù)荷的準(zhǔn)確度至少為實際值的1%，應(yīng)注意之處列在GB/T 17200中。相比舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)更加注重試驗機(jī)負(fù)荷指示裝置在測試時的實際狀態(tài)。

4.4 引伸計

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定引伸計應(yīng)符合GB/T 12160-2002規(guī)定的1級引伸計的要求，在測量的應(yīng)變范圍內(nèi)可獲得此精度。舊版標(biāo)準(zhǔn)指出引伸計應(yīng)符合GB/T 17200規(guī)定，應(yīng)能測量試驗過程中任何時刻試樣標(biāo)距的相對變化。相比舊版標(biāo)準(zhǔn)，新版標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注設(shè)備測試時的客觀狀態(tài)，這也是符合科技水平發(fā)展現(xiàn)狀。

4.5 數(shù)據(jù)的記錄

新版標(biāo)準(zhǔn)條款5.1.6數(shù)據(jù)的記錄是舊版標(biāo)準(zhǔn)所沒有提及的，包括三個部分，分別為概述，應(yīng)變數(shù)據(jù)的記錄，負(fù)荷數(shù)據(jù)的記錄，這些規(guī)定對儀器設(shè)備的生產(chǎn)廠家來說，需要重點考量的，可能需要淘汰一部分落后的設(shè)備或者設(shè)備模塊，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所需記錄數(shù)據(jù)(負(fù)荷，應(yīng)變，伸長率)的數(shù)據(jù)采集頻率須足夠高以滿足要求的精度。

4.6 試樣寬度和厚度測量設(shè)備

舊版標(biāo)準(zhǔn)把樣品分成硬質(zhì)材料和軟材料兩大類分別介紹測試設(shè)備情況，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如適用，見ISO 16012和ISO 23529。新版標(biāo)準(zhǔn)引用了明確的國際標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了本標(biāo)準(zhǔn)所有涉及的樣品，較舊版標(biāo)準(zhǔn)更為全面和嚴(yán)謹(jǐn)。

5 試樣的對比差異

5.1 試樣的檢查

新版標(biāo)準(zhǔn)新增規(guī)定使用尺寸和方向如尖端/刀刃的測量規(guī)以便精確測定所需位置的尺寸，這可以讓試樣的檢查更具有可操作性。新增規(guī)定對不符合要求的試樣進(jìn)行測試時應(yīng)說明原因，這考量了方法的偏離及可接受偏離的風(fēng)險。新版標(biāo)準(zhǔn)還描述了關(guān)于注塑試樣脫模的注意事項。

5.2 試樣的數(shù)量

舊版標(biāo)準(zhǔn)條款7.2描述應(yīng)廢棄在肩部斷裂或塑性變形擴(kuò)展到整個肩寬的啞鈴型試樣并另取試樣重新試驗，新版標(biāo)準(zhǔn)刪除了此規(guī)定。舊版標(biāo)準(zhǔn)條款7.3描述當(dāng)試樣在夾具內(nèi)出現(xiàn)滑移或在距任一夾具10 mm以內(nèi)的斷裂，或由于明顯缺陷導(dǎo)致過早破壞時，由此試樣得到的數(shù)據(jù)不應(yīng)用來分析結(jié)果，應(yīng)另取試樣重新試驗。新版標(biāo)準(zhǔn)對此進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的條款7.2規(guī)定應(yīng)廢棄在夾具內(nèi)斷裂或打滑的啞鈴型試樣并另取試樣重新試驗。新版標(biāo)準(zhǔn)保留了試樣在夾具內(nèi)出現(xiàn)打滑的情況下數(shù)據(jù)廢棄，刪除了試樣在距任一夾具10 mm以內(nèi)的斷裂或由于明顯缺陷導(dǎo)致過早破壞的情況下數(shù)據(jù)廢棄，新增了試樣在夾具內(nèi)斷裂情況下數(shù)據(jù)廢棄。舊版標(biāo)準(zhǔn)以注解的形式針對破壞的統(tǒng)計學(xué)分析建議，在新版標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及。

5.3 試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)

新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)調(diào)節(jié)，應(yīng)按有關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。缺少這方面的資料時，應(yīng)選擇ISO 291中適當(dāng)?shù)臈l件并至少調(diào)節(jié)16 h，除非有關(guān)方面另有規(guī)定，例如在高溫或低溫下試驗。優(yōu)選大氣為(23±2) ℃和(50±10)%相對濕度，除非材料性能對相對濕度不敏感，此情況下無需進(jìn)行濕度控制。較舊版標(biāo)準(zhǔn)，更加明確和具有可操作性。

6 試驗步驟的對比差異

6.1 試樣的尺寸

舊版標(biāo)準(zhǔn)中描述的寬度b精確至0.1 mm，厚度h精確至0.02 mm，在新版標(biāo)準(zhǔn)中刪除。舊版標(biāo)準(zhǔn)中注1和注2在新版標(biāo)準(zhǔn)中以正文規(guī)定的形式體現(xiàn)，不再以注解的形式，說明是屬于明確的規(guī)定需執(zhí)行。舊版標(biāo)準(zhǔn)沒有對注塑試樣的尺寸測量明確，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對于注塑試樣，在試樣中部5 mm內(nèi)測定寬度和長度，規(guī)定明確可操作性強(qiáng)。另外舊版標(biāo)準(zhǔn)存在描述不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤?，如使用多型腔模具時，應(yīng)確保每腔的試樣尺寸相同。新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用多型腔模具時，應(yīng)確保型腔之間的試樣尺寸偏差不超過0.25%。新版標(biāo)準(zhǔn)還提及本部分僅適用于環(huán)境溫度下的測試，并未考慮其他溫度，表達(dá)更嚴(yán)謹(jǐn)。

6.2 試樣的夾持

舊版標(biāo)準(zhǔn)提及當(dāng)使用夾具對中銷時，為得到準(zhǔn)確對中，應(yīng)在緊固夾具前稍微繃緊試樣，在新版標(biāo)準(zhǔn)中該描述刪除，主要考量的原因是可操作性較差，較為主觀。新版標(biāo)準(zhǔn)新增規(guī)定夾持力不應(yīng)導(dǎo)致試樣的破裂或擠壓，另外分別以注1和注2的形式對不同測試溫度情況下的操作進(jìn)行注解。

6.3 預(yù)應(yīng)力

新版標(biāo)準(zhǔn)新增規(guī)定有必要避免應(yīng)力/應(yīng)變曲線開始階段的趾區(qū)。另外新版標(biāo)準(zhǔn)對在測量模量時，試驗開始時的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行調(diào)整，明確規(guī)定應(yīng)為正值，但刪除了舊版標(biāo)準(zhǔn)中與此相對應(yīng)的預(yù)應(yīng)變要求。新版標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了超出范圍后如何進(jìn)行調(diào)整預(yù)應(yīng)力的方法。

6.4 引伸計的安裝

舊版標(biāo)準(zhǔn)描述測定拉伸標(biāo)稱應(yīng)變εt時，用夾具間移動距離表示試樣自由長度的伸長。由于新版標(biāo)準(zhǔn)對拉伸標(biāo)稱應(yīng)變定義的變化，刪除了這個描述。新版標(biāo)準(zhǔn)新增規(guī)定引伸計應(yīng)對稱放置在試樣的平行部分中間并在中心線上。應(yīng)變計應(yīng)放置在試樣的平行部分中間并在中心線上。要求更加明確和直觀，具有可操作性。

6.5 試驗速度

新版標(biāo)準(zhǔn)較舊版標(biāo)準(zhǔn)新增的規(guī)定為在拉伸模量(達(dá)到應(yīng)變?yōu)?.25%)的測定應(yīng)力之后，同一試樣可用于繼續(xù)測試。推薦在進(jìn)行不同速度試驗前卸掉試樣載荷，也可在拉伸模量測定完后未卸掉載荷而改變試驗速度。在測試中改變試驗速度時，確保速度變化發(fā)生在應(yīng)變不大于0.3%以內(nèi)。新版標(biāo)準(zhǔn)考慮選擇采用拉伸模量測試后的樣品開展其他相關(guān)性能的測試，并明確規(guī)定具體的操作方式，以減少對樣品的浪費(fèi)。

7 結(jié)果計算和表示的對比差異

7.1 應(yīng)力計算

新版標(biāo)準(zhǔn)較舊版標(biāo)準(zhǔn)新增當(dāng)測定x%應(yīng)變應(yīng)力時，x應(yīng)為相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)方面商定值。

7.2 應(yīng)變計算

新版標(biāo)準(zhǔn)較舊版標(biāo)準(zhǔn)新增規(guī)定只要標(biāo)距內(nèi)試樣的形變是相同的，則可使用引伸計平均整個標(biāo)距的應(yīng)變來測定應(yīng)變。如果材料開始頸縮，應(yīng)變分布變得不均勻，使用引伸計測定應(yīng)變會受到頸縮區(qū)域位置和大小的嚴(yán)重影響。在此情況下，使用標(biāo)稱應(yīng)變來描述屈服點后應(yīng)變的演變。該規(guī)定明確清晰，綜合考慮了試樣的差異性。新版標(biāo)準(zhǔn)對標(biāo)稱應(yīng)變進(jìn)行了較大的調(diào)整，包括記錄橫梁的位移來替代測量夾具之間的距離，測定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變的兩種方法A法和B法以及對應(yīng)的適用情況。

7.3 拉伸模量

新版標(biāo)準(zhǔn)在舊版標(biāo)準(zhǔn)的弦斜率法的基礎(chǔ)上，新增了回歸斜率法來計算拉伸模量，主要是利用計算機(jī)采用最小二乘法進(jìn)行回歸線性擬合。

7.4 泊松比

新版標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)舊版標(biāo)準(zhǔn)有較大的差異，計算公式由原來的兩個變量，增加為涉及到4個變量，包括測定寬度(厚度)變化對標(biāo)距變化曲線的斜率Δn/ΔL0，以及縱向和法向的初始標(biāo)距。新版標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定在應(yīng)變范圍0.3%≤ε≤εY優(yōu)選更高的應(yīng)變區(qū)域測定泊松比。

7.5 附 錄

舊版標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄A拉伸彈性模量和有關(guān)值，在新版標(biāo)準(zhǔn)中沒有提及。新版標(biāo)準(zhǔn)新增兩個資料性附錄和一個規(guī)范性附錄，分別為附錄A屈服應(yīng)變的測定，附錄B泊松比測定的引伸計精度和附錄C拉伸模量測定的校準(zhǔn)要求。

8 結(jié) 語

新版標(biāo)準(zhǔn)較舊版標(biāo)準(zhǔn)有較大的變化，分別從標(biāo)準(zhǔn)適用范圍的變化，規(guī)范性引用文件的變化，術(shù)語和定義的變化，設(shè)備要求的變化，試樣要求的變化，試驗步驟的變化，結(jié)果計算和表示的變化來進(jìn)行展開詳細(xì)描述。尤其是針對泊松比和拉伸標(biāo)稱應(yīng)變的變化較為突出，希望采用新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1040.1-2018的有關(guān)從業(yè)人員，更好地理解標(biāo)準(zhǔn)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，緊密結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)來開展實際測試工作，提高測試結(jié)果的有效性。