硫化橡胶和热塑性弹性体拉伸试验方法
 

　　1  简述
 

　　1.1  本试验方法包括了硫化热固性橡胶和热塑性弹性体拉伸性能的评定方法。本试验方法不能用来试验硬质胶和高硬度、低伸长的材料。试验方法如下：
 

　　方法A——直条和哑铃试样
 

　　方法B——环形试样
 

　　注1——这两种试验的结果不可比。
 

　　1.2  基于SI或非SI的单位制均视为本标准的标准单位。由于使用不同单位制的结果数值可能不同，因此不同单位应单独使用，不能混用。
 

　　1.3  安全性
 

　　2  引用文献
 

　　D 1349  橡胶规范——试验标准温度
 

　　D 1566  橡胶相关术语
 

　　D 3182  橡胶规范——制取标准混炼胶和标准硫化试片的的材料、设备和操作步骤
 

　　D 3183  橡胶规范——从成品上制备试片
 

　　D 4483  橡胶与碳黑工业种标准试验方法的测量精度规范
 

　　2.2  ASTM 附件
 

　　环形试样的制取，方法B
 

　　2.3 ISO 标准
 

　　ISO 37 硫化或热塑性橡胶拉伸应力—应变性能的测定方法
 

　　3  术语
 

　　3.1  定义
 

　　3.1.1  拉伸*变形——试样在因一定作用下伸长后，在作用力解除的情况下其残余的变形，以原始长度的百分数表示。
 

　　3.1.2  扯断*变形——将拉断后的哑铃试样以断面紧贴，测得的*变形。
 

　　3.1.3  拉伸力——试样拉断过程中产生的zui大力。
 

　　3.1.4  拉伸强度——拉伸试样时使用的应力
 

　　3.1.5  定伸应力——规则截面的试样，拉伸到特定长度时产生的应力。
 

　　3.1.6  热塑性弹性体——一种类似与橡胶的材料，但与普通的硫化胶不同，他可象塑料一样的被加工和回收。
 

　　3.1.7  断裂伸长——在连续的拉伸过程中，试样发生断裂时的伸长率。
 

　　3.1.8  屈服点——在应力-应变曲线上，在试样zui终的破坏前，关于应变的应力变化的速度变为0并且相反的点。
 

　　3.1.9  屈服应变——屈服点的应变的水平
 

　　3.1.10  屈服应力——屈服点的应力的水平
 

　　4  方法描述
 

　　4.1  测定拉伸性能的试验，首先从样品材料上裁取试样，包括制样和试验两部分。试样的外形可以是哑铃形、环形或直条形，截面形状规则。
 

　　4.2  在试样未经预伸的情况下测定拉伸强度、定神应力、屈服点、扯断伸长率。对规正截面试样的拉伸强度、定神应力、屈服点和扯断伸长率测定是基于试样的原始截面积。
 

　　4.3  拉伸*变形和扯断*变形，测量试样拉伸后经按规定方法回缩后的形变。
 

　　5  重点与应用
 

　　5.1  本试验涉及的材料或产品在实际应用过程中必须受拉伸力作用。本试验即为测定此种拉伸特性。但拉伸性能不直接代表产品zui终使用的全部情况，因为在实际使用中产品需含盖较广的潜在使用情况。
 

　　5.2  拉伸性能与材料和试验条件(拉伸速度、试验温度和湿度、试样几何外形、试验前调节情况等)有关。因此，尽在相同条件下材料的试验结果才有可比性。
 

　　5.3  试验温度和拉伸速度对拉伸性能影响较显著，需严格控制。且影响随材料不同而不同。
 

　　5.4  拉伸*变形代表了试样的残余变形，他表示试样经拉伸和回缩后部分的*变形和部分的回复。因此，拉伸和回缩过程(和其他试验条件)必须受严格控制，以结果的可比性。
 

　　6  设备
 

　　6.1  拉力机——拉力试验机应有电力驱动机构以试样夹头的分离速度恒定为500±50mm/min，zui小行程为750mm(见注1)。试验机应有一套适合的测力计和读数记录系统，以测量的力偏差在±2%以内。如果试验机的量程不能改变(例如摆锤式测力计)，那么试样断裂时测得力的偏差在测力计满量程的±2%，且测量的zui小力的精度为10%。如果测力计在直接测量拉伸应力时有自动补偿功能，那么在测量过程中应将其对试样结截面积的补偿功能关闭。记录装置对力的测量速度应足够快，并且在试样破坏的整个过程中应需要的精度。如果试验机没有记录装置，那么应该有一个指示器用来指示拉伸过程中的zui大力值。试验体系中应能测量伸长，且zui小的增量为10%。
 

　　注1——如果使用的拉伸速度为1000±100mm/min应在试验报告中注明。如有疑义，试验应在500mm/min的速度下重新进行。
 

　　6.2  高低温试验箱——试验箱应满足以下要求：
 

　　6.2.1  试验箱内在夹头和轴的位置上应有环绕的热流，环绕速度为1到2m/s，温度保持在要求温度偏差的2℃范围内。
 

　　6.2.2  应用校准过的测温装置在夹头和轴的附近测量实际温度。
 

　　6.2.3  试验箱应有排气通风装置，以将在高温中(试样)释放的气体排出到大气中。
 

　　6.2.4 在试验前试样应垂直的放置在夹头和轴附近接受调节。试样不应相互接触或与试验箱壁接触除了由环绕空气的搅动引起的瞬间的接触。
 

　　6.2.5 将夹头适宜的安放以方便在高低温的环境中操作。这样在向夹头中放置哑铃或直条试样时尽可能缩短时间，以减少试验箱温度的变化。
 

　　6.2.6 测力计应适宜在试验温度下工作，或则与试验箱绝热良好。
 

　　6.2.7 试验箱中应配有伸长测量装置。如果用尺来测量试样标距的伸长，尺应在靠近夹头移动路径的位置平行于标距放置，并可从试验箱外进行控制。
 

　　6.3 测厚计——厚度计应符合规范D 3767(方法A)的要求。对于环形试样，见本试验方法14.10条。
 

　　6.4 拉伸*变形的测量——使用如6.1中所述或如图1示的试验设备。秒表或其他计时装置的量程应大于30min，尺或其他测量伸长的装置的测量精度应在1%内。
 

　　7 试样的选取
 

　　7.1 选取试样时应考虑以下及点
 

　　7.1.1在制备和处理过程中，由流动引起的材料的各向异性和取向会影响拉伸性能。因此在制备哑铃或直条形试样时，在知道压延方向的前提下，试样裁取的方向应平行于压延方向。对于环形试样其通常是对取向特性作出一定的平均。
 

　　7.1.2 除有特别要求，对于热塑性橡胶或弹性体，试样应从厚度为3.0±0.3mm的注射成型的试片上裁取，由其他厚度的试样得到的试验结果物可比性。试样应为垂直和平行成型流动方向的两组。试片或试板的大小应能满足试验要求。
 

　　7.1.3 对于环形试样的伸长可以夹头的分离来测量，但对于试样半径宽度上的伸长分布是不一致的。为了减少这影响，应试样宽度应小于环形试样的直径。
 

　　7.1.4 用直条形小、试样作普通的拉伸试验时，试样的破坏一般发生在夹头中。因此尽当样品无法制取其他形状的样品时才使用直条形试样。对于非破坏性的应力应变或材料模量实验，才用直条形试样。
 

　　7.1.4 试样的尺寸大小取决于材料的要求、试验设备和试验用的样品试片。对于低扯断伸长率的材料，为力提高测量伸长的精度可使用较长的试样。
 

　　8 试验设备的校准
 

　　8.1 对于测量精度型的测力计按规范E 4的过程A校准试验机，按照规范E 4的7和18节试验校准一个或多个力值点。对于摆锤式测力计按以下步骤校准：
 

　　8.1.1 将哑铃试样的一端放入试验机上夹头。
 

　　8.1.2 将下夹头移试验机从试验机上移开，也就是说试样的夹持机构在试验机的上夹头。
 

　　8.1.3 在下夹头上安装钩子，以持试样下端
 

　　8.1.4 将一个以知重量的砝码挂到钩子上，这样就可以在试样的下夹具上临时的施加一定质量(见注2).
 

　　8.1.5  开启夹具移动的监视装置，在普通的试验中，保持其持续运行直到砝码自由的悬挂于试样上。
 

　　8.1.6 如果圆盘或标尺(或者相当于是应力补偿的试验器)不能在规定的精度内指示力值，应*检查设备的故障(例如轴或其他移动部件的摩擦)。应确定下夹头和钩子的质量也被计算在内。
 

　　8.1.7 在试验机的摩擦和其他故障被排除后，再对试验机进行校准，用以知的砝码在试验机满量程约10、20和50%处测量三点。如果平常试验时使用棘轮和棘齿，在校准时也应使用他们。通过安装棘轮来检查摩擦。
 

　　注3——应有防止砝码从试验机上掉落的装置。
 

　　8.2 可用弹簧来作大致的快速校准。
 

　　9 试验温度
 

　　9.1 除有其他规定，标准试验温度为23±2℃。试样应至少在23℃温度下调节3小时。如果材料受湿度的影响，试验前试样应在50±5%R.H.的环境中调节24小时以上。如在其他温度中试验应使用规范D 1349所列的温度。
 

　　9.2 如试验在高于23℃的温度中进行，对于方法A试样应预热10±2min；对于方法B应预热6±2min。在每次试验间隔前，分别将试样放如试验箱，这样所有的试样会连续接受相同的预热时间。高温下的预热试验应受严格限制，以防止过硫和热老化。
 

　　注3——警告：除其他警告外，应使用绝热、绝冷的手套以保护手不受高低温的伤害。在高温实验时应使用面罩以防止实验箱门打开时吸入有毒气体。
 

　　9.3 对于低温试验，试样应至少预冷10min。
 

　　试验方法A——直条和哑铃试样
 

　　10 设备
 

　　10.1裁刀——裁刀的外形和尺寸应符合图2所示。裁刀中狭窄部分的内侧应于裁刀端面面垂直，并且至少有从裁刀端面起5mm长的部分经过抛光。裁刀外形应保持不变，并无缺损。(见注4)
 

　　注4——可通过观察试样断裂点来确定裁刀的情况。将断裂试样从夹头上取下，沿断裂面拼合，观察试样破坏是否发生在相同的位置。如果破坏发生在相同位置，表示裁刀在此位置可能变钝、缺损或弯曲。
 

　　10.2 作标线——在试样上画两条标线用来测量伸长合应变的称为作标线(见注5)。标线器应包括一个平板，平板上有两个相互平行的凸起。凸起的表面(与平板表面平行)应有狭长的平面，两个面保持在同一平面内。凸起的平面宽度为0.05到0.08mm长至少15mm。平板与凸起之间的角度至少为75o。两凸起平面中心的距离应保持在要求或目标距离偏差的1%内。在标线器的背面或顶部应包含有一个手把。
 

　　注4——如果使用接触式引伸计则无须作标线。
 

　　10.3 墨线标志——使用一个扁平坚硬的表面(硬木、金属或塑料)来制作墨水或墨粉的标距。墨水或墨粉应与试样粘合牢固，不对试样产生腐蚀，并且与试样的颜色形成对比。
 

　　10.4 夹头——试验计有两个夹头，一个与测力计相连。
 

　　10.4.1 试验哑铃试样的夹头应有自紧装置在夹头表面产生恒定的压力，随着伸长的增加夹持力也增加以防止滑动，并且使破坏发生在试样的狭窄部分。恒定的气动夹头也同样适用。在夹具的断部由一特殊部位，可使试样塞入夹具的长度相同并且应力分布均匀。
 

　　10.4.2 用于试验直条试样的夹具应有气动夹具，钳形口或栓型扣，这样可将夹具的夹持力均匀的施加在整个试样宽度上。
 

　　11 试样
 

　　11.1  哑铃试样——只要有可能，试样应用注射成型或从厚1.3到3.3mm的试片上裁取。可用一种试验方法裁取试样的厚度和尺寸(见规范D 3182)。试片可直接制作或从成品上切割打磨制备。如果试片是从成品上直接制备，那么其表面不应有硬皮或织物等。根据规范D 3183的要求。所有试样都应是平行于试片长度方向裁取，除非有特别规定。如果试样是按规范D 3182制备的，其厚度应为2.0±0.2mm，并沿材料取向方向裁切。使用C型裁刀(图2)，用一简单的冲压装置，并裁切面的光滑。.
 

　　11.1.1 标注哑铃试样——哑铃试样应按10.2中所述划标线，在划线时试样不应受张力。标线应划在狭窄部分，与试样中心距离相等并垂直与纵轴。两标线间距离为：C型、D型试样为25.00±0.25mm；其它为50.00±0.5mm
 

　　11.1.2  哑铃试样厚度测量——试样厚度应测三点，一点在中心两点在狭窄部分的两端。取三个值的中值用来计算截面积。如试样厚度的极差大于0.08，则该试样作废。试样的宽度可按裁刀的工作部位宽度计算。
 

　　11.2  直条试样——如无法从样品上裁切哑铃或环形试样则可裁切直条试样(如窄带、小管或细电绝缘材料)。试样应足够长能塞进夹具。标距按11.1.1作。从管上计算试验截面积，应使用管子的质量、长度和密度。截面积按下式计算：
 

式中：
 

　　A=截面积，cm2
 

　　M=质量，g
 

　　D=密度，g/ cm3
 

　　L=长度，cm
 

　　12  步骤
 

　　12.1  测定拉伸应力、拉伸强度和屈服点——将哑铃试样装入试验机的夹具，注意调整试样夹持对称，使拉力均匀分布在试样截面上。这将避免试样的拉力被高估。除有特殊要求，否则试验速度为500±50mm/min(见注7)。开动试验机并注意标线，防止视差的影响。记录下特殊伸长时和试样断裂时的力值。伸长可用引伸计、自动绘图或光学跟踪系统测量。试样断裂时的伸长率的测量精度在10%以内。计算见13。
 

　　注8——如试验速度为500±50mm/min时试样的屈服点在20%伸长以下，试验速度可降低为50±5mm/min。如试样的屈服点仍在20%伸长以下，试验速度可降低为5±0.5mm/min。试样速度应记录。
 

　　12.2  拉伸*变形的测定——将试样装入6.1所述的试验机或装置中见图1。注意调整试样夹持对称，使拉力均匀分布在试样截面上。夹头分离的速度应尽量恒定，使达到规定伸长的时间为15s，保持这一伸长10min。10min后立即释放载荷，使其自由回复10min，后测量标距内的残余变形，测量精度为原始距离的1%。使用秒表记录时间。计算见13
 

　　12.3  测定扯断*变形——试样在被拉断10min后，小心的将试样拼合，测量其标距内的残余变形，计算见13
 

　　13 计算
 

　　任何伸长下的强度计算：
 

式中
 

　　T(XXX)=在伸长(XXX)%时的强度，MPa
 

　　F(XXX)=特定伸长时的应力，MN
 

　　A=试样截面积，m2
 

　　13.2  屈服强度计算
 

式中
 

　　Y(stress)=屈服强度，MPa
 

　　F(y)=屈服力，MN
 

　　A=试样截面积，m2
 

　　13.3 评价屈服点是在应力-应变曲线上，在试样zui终的破坏前，关于应变的应力变化的速度变为0并且相反的点。
 

　　13.4 拉伸强度的计算
 

式中
 

　　TS=拉伸强度，MPa
 

　　F(BE)=断裂时的zui大力，MN
 

　　A=试样截面积，m2
 

　　13.5  计算任何伸长下的伸长率；
 

式中
 

　　E=伸长百分率(标距内的距离)，%
 

　　L=观察到的试样标距内距离，mm
 

　　L(0)=试样原始标距长度，mm
 

　　13.6 断裂伸长率是将试样断裂时的L代入5式计算得出。
 

　　13.7 用5式也可计算*变形，只要将式中的L用10min后的残余变形代入即可。
 

　　13.8 试验结果——试验结果用用三个独立连续进行的试样的结果的中位值表示。有两中特例需进行5个试样的试验，并报告5个试样的中位值。
 

　　13.8.1  特例1——当试验中的1个或2个试样的结果不能满足特要求的测量值。
 

　　13.8.2 特例2——对于仲裁性试验。
 

　　方法B——环形试样
 

　　设备
 

　　14.1  裁刀——环形裁刀如图3示。使用裁刀从平整的试片上裁切环形试样，将裁刀上轴的一部分安装入旋转压缩装置，该装置下可将试片固定在橡胶固定装置。
 

　　14.1.1  刀片深度固定器——固定器中的圆柱形盘，其厚度应至少比要切割的橡胶片的厚度大0.5mm。其直径应小于试样的内径，这样可从裁刀内调整刀片的突出位置。见图3
 

　　14.2  橡胶固定板——在裁切过程中用来固定橡胶的装置，上下表面相互平行，用硬质的聚合材料制成(硬质胶、聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯)。在穿过板的中心位置间隔6到7mm分布这一些直径约1.5mm的孔。所有这些孔都应与里面的模腔相通，用以减小夹持试片用的空气压力。图4就是裁切时用来夹持标准试片(约150×150×2mm).
 

　　14.3  气压源——使用真空泵可在夹持器模腔的中心，对试样保持10kPa的吸力。
 

　　14.4  肥皂水——用中性的肥皂水来润滑裁刀。
 

　　14.5  旋转切割——可用精密的转孔机或者其它可提供至少30rad/s转速的设备来切割试片。裁刀旋转装置应安装在水平面上，并有垂直定位器用来支承旋转连杆和裁刀用的轴。转轴的偏心距应小于0.01mm。
 

　　14.6  内置工作台——应有一个可分别沿x-y轴移动的工作台或其它装置，用来夹持和定位试片，使试片与旋转裁刀的转轴向对应。
 

　　14.7  拉力试验机——应符合6.1中所述要求。
 

　　14.8  试验夹具——环形试样的夹具如图5示。试验机应根据8条校准。
 

　　14.9  试验箱——高低温试验箱应满足6.2中的要求。
 

　　14.9.1  夹具应不仅能适应常温下的试验。但在特殊温度下，应使用适宜的润滑有转轴的润滑。
 

　　14.9.2  测力计应适宜在工作温度下使用或与试验箱绝热良好。
 

　　14.10  测厚计——厚度计应符合规范D 3767(方法A)的要求。
 

　　测厚计的主要部件，一个圆柱形的上测量面(纵轴沿垂直方向)高至少12mm直径为15.5±0.5mm。为了适合小环形试样用直径15.5mm的测量头测量，且测量时不会造成试样的伸长。可将柱形面的底部沿中心截去一半，这样测量小试样时就不会有干扰。也可使用曲线形的测量端。
 

　　15. 环形试样
 

　　15.1  ASTM环形试样——有两种，一般情况下用1形试样
 

　　15.1.1 试样尺寸
 

　　1型
 

　　内周长  50.0±0.01mm
 

　　内直径  15.92±0.003mm
 

　　径向宽度 1.0±0.01mm
 

　　厚度    1.0~3.3mm
 

　　2型
 

　　内周长  100.0±0.2mm
 

　　内直径  29.8±0.06mm
 

　　径向宽度 2.0±0.02mm
 

　　厚度    1.0~3.3mm
 

　　15.2  ISO环形试样——根据ISO 37试样分为普通和小型两种，ISO 37规定了其特定的试验过程。
 

　　普通
 

　　内径  44.6±0.2mm
 

　　外径  52.6±0.2mm
 

　　厚     4.0±0.2mm
 

　　小型
 

　　内径  8.0±0.1mm
 

　　外径  10.0±0.1mm
 

　　厚     1.0±0.1mm
 

　　15.3  从管子上裁取环形试样——环形试样的直径的壁厚取绝于管子的壁厚，并应符合产品的要求。
 

　　15.4  裁切试样的制备——将刀片置于裁刀的固定器中，调整刀片深度。将裁刀置于转压机中，调整转轴或工作台，以使刀片固定器的底部高于试样夹持板13mm。将转轴垂直移动的停止器缩定。这样刀片固定器的端头正好能刺入板的表面。将试片放入夹持器，减低腔体压力到10kPa。用中性的肥皂水润湿试片表面。应恒定的速度降低裁刀后停止，此时裁刀夹持器不应接触试片。如有必要重新调整刀片深度。将转轴复位后再进行下次裁切。
 

　　15.5  从管子上裁取试样的制备方法——将管子中插入一个轴，轴的直径略比管径大。将轴和管子一起放到机床上。用机床上的刀片或削刀从样品上裁下要求轴向厚度的试样。对于薄壁的管子，放平后可使用有两个平行刀片的裁刀切割。
 

　　15.6 环形试样：
 

　　15.6.1 周长——内周长可用锥形或量具测量。在测量过程中不能使用任何应力来改变环形试样的椭圆率。中位周长可根据内周长、经向宽度和π(3.14)。
 

　　15.6.2 径向宽度——按14.10中的测厚计在试样的圆周上平均分布三个测量点。
 

　　15.6.3 厚度——在裁切环形试样，圆盘从内圆到外圆的的厚度可按规范D 3767用厚度计测量。
 

　　15.6.4 截面积——截面积用径向宽度和厚度三个测量值的中值计算。对于薄管壁试样，截面积用裁刀的轴向长度和壁厚计算。
 

　　16 过程
 

　　.16.1 环形试样拉伸应力、拉伸强度、断裂伸长率和屈服点的测定——用适宜的润滑有润滑夹具的轴，例如矿物油或硅油。应选择使用规定的和对材料无影响的。两夹具轴中心的初始位置的计算和调节按下式：
 

式中：
 

　　IS=夹具轴中心的初始距离，mm
 

　　C(TS)=试样的周长，对1型试样为内径，2型试样为中为直径，mm
 

　　C(SP)=夹具轴的周长，mm
 

　　除有其他要求，试验速度为500±50妈妈民(见注7和8)。开动试验机，并记录力和两夹具轴的相对位移。断裂时记录伸长和应力。计算见17节，
 

　　注8——使用ISO 的小环型试样，实验速度100±10mm/min。
 

　　16.2  在非标准温度下的实验——使用6.2中所述的试验箱，并阅读注2的警告。对于高于23℃的试验，试样在该温度下预热6±2min。对于低于室温的试验，试样应在该温度下调节至少10min。应使用D 1349中的试验温度。试片应分别放入试验箱以满足9.2的要求。
 

　　17 计算
 

　　17.1  除一个重要点外，环型试样的应力应变性能计算与哑铃或直条试样相同。环形试样拉伸时，圆环个边应力在宽度(从左到右)上的分布是不均匀的。试样的初始内径小于初始外径。因此在试样拉伸中，内测的应力要大于外侧，由初始尺寸不同引起的。
 

　　17.2 以下选项可用于计算定伸强度和断裂强度。
 

　　17.2.1 定伸应力——用环形试样的中位周长计算伸长率。使用中位周长的原因是，他对应于环形试样个边上的平均值。
 

　　17.2.2 断裂伸长——用环形试样的内周长作为计算的基础，因为其对应于试样个边上的zui大应力。这一位置也是试样破坏发生的起始位置。
 

　　17.3 定伸应力的计算按13.1中2式
 

　　17.3.1 在2式(13.1)中用来确定力的伸长按下式计算
 

式中：
 

　　E=伸长，%
 

　　L=夹具间距离的增加量，mm
 

　　MC(TS)=试样的中位周长，mm
 

　　17.3.2  7式中，定伸时夹具间的距离用下式计算：
 

17.4 屈服点按13.2中式3计算
 

　　17.5 按13.3来确定屈服应力。由于屈服应力是用来评价材料的总体性能，用中位周长来计算。
 

　　17.6 按13.4中4式计算拉伸强度。
 

　　17.7 断裂伸长按下式计算(见注9和10)
 

式中：
 

　　E= 断裂伸长，%
 

　　L=断裂时夹具增加的距离，mm
 

　　IC(TS)=式样的初始内周长，mm
 

　　17.8  内周长可用于两种试样(见15.1.1尺寸)，2型环形试样的内周长用内径计算。
 

　　注9——尽当夹具的初始间距按式7调节，才可使用式7和8。
 

　　注10—在使用本方法时应注意，因为在使用不同尺寸计算1)定伸应力(小于断裂应力)2)断裂伸长(见20.1和20.2)时，那些略低于断裂伸长(4到5%)的伸长下的应力可能会计算不出。
 

　　18 报告
 

　　18.1  报告应有以下内容：
 

　　18.1.1  根据13或17节的计算结果
 

　　18.1.2  试样型号和描述，按13节裁刀型号，用美制、自制或公制单位
 

　　18.1.3  实验日期
 

　　18.1.4  试验速度
 

　　18.1.5  试验室温湿度
 

　　18.1.6  试验温度(如不是23±2℃)
 

　　18.1.7  如可能，硫化或(和)橡胶制备日期
 

　　19 精度于偏差(略)
 

　　20  关键词(略)