技术文章

1. 范围
1.1 本试验方法规定了塑料片材和薄膜（厚度小于1.0mm）拉伸性能的试验方法。
注1——薄膜被强制定义为额定厚度不大于0.25mm（0.01in）的片材。
注2——厚度大于1mm（0.04in）的塑料应按D 638试验方法测试其拉伸性能。
1.2 本试验方法可以测试符合上述厚度和试验机负荷量程的所有塑料。
1.2.1 夹具的静态称重、和恒定速率分离试验——本试验方法使用以恒定速率分离的
夹具夹住试验样本的两端。
1.3 本试验方法通过分离夹、拉伸指示器或标距线的位移，得出试验样本的拉伸度。
1.4 弹性拉伸系数的测量步骤，包括一定的应变率。
注3——拉伸系数是使用分离夹测量拉伸度得来的，使用5.2所描述的伸长计进行测量的规定也包括在本
步骤中。
1.5 从本试验方法中获得的数据，可以使用在工程学设计中。
1.6 所有数值采用单位制。圆括号内的数值仅供参考。
1.7本标准不包含任何与标准的使用相关的安全问题（如果存在的话）。在使用本标准
前，使用者有责任建立合适的安全与卫生规程，并制定标准的使用限制。
注4——本试验方法与ISO 527-3相似，但技术上二者不能等同。ISO 527-3可使用其他类型的样本、测
试速度不同，并需要使用伸长计或表距线。
2. 相关文件
2.1 ASTM标准：[2]
D 618试验用塑料的调理的标准实施规程
D 638塑料抗拉特性的标准试验方法
D 4000塑料材料的标准分类系统
D 5947 固体塑料样本物理尺寸的试验方法
D 6287切片和压片试验样品的标准操作规程
E 4试验机力鉴定规程
E 691测定试验方法精密性进行实验室间研究的标准实施规范
2.2 ISO标准
ISO 527-3塑料拉伸性能的测定—— 第3部分:薄膜和薄板材的试验条件[3]
3. 术语
3.1 定义——塑料拉伸试验相关术语和符号的定义，见试验方法D 638的附录。
3.1.1 线性夹具——夹具的设计应使全部夹力沿垂直于试验样本的直线分布。这样的
夹具通常由一个标准水平夹面和一个半圆形对面组成。
3.1.2 撕裂破坏——从样本的边缘开始破裂，以足以产生荷载变形曲线的缓慢速率穿
过整个样本的一种拉伸断裂。
4. 意义和应用
4.1 本试验方法测得的拉伸性能对材料的定义和描述、质量控制和规格划分非常有价
值。拉伸性能会随着样本厚度、制备方法、试验速度、夹具种类、和拉伸度测量方法
的变化而变化。因此，当需要比对结果时，必须严格控制这些因素。除其他特殊
材料有明确规范外，本试验方法应被用作仲裁。许多材料的规范可能要求使用本试验
方法，但为了符合规范必须*行一些程序上的调整。因此建议在使用本试验方法前
先查阅相关材料规范。D4000分类系统中的表1列出了现存的ASTM材料标准。
4.2 拉伸性能可为科研、工程学设计、质量控制和规格划分提供相关数据。但是，在判
断实际使用中材料长时间受力的情况时，不能只参考本试验所得数据。
4.3 弹性拉伸系数是薄塑料片材的硬度指数。若试验环境得到控制，试验结果将具
有的非常好的重现性。若比较不同材料的硬度，应使用同样尺寸的样本。
4.4 拉伸断裂能（TEB）是指样本处于破裂临界点时每单位体积所含的总能量。这一特
性在一些文件中被称为韧性，用来评估那些经常承受较大负荷的材料的性能。但是，
应变率、样本参数、尤其是样本瑕疵，可能会造成结果严重波动。因此，将TEB试验
结果用于zui终应用产品的设计时，应格外小心。
4.5 材料被撕裂破坏得到的不规则数据不能与普通破坏得到的数据相比较。
5. 仪器
5.1 试验机——试验机应具有恒定的十字运动速率，并其必须具备下列装置：
5.1.1 固定部件——固定或基本固定的，带有一个夹具。
5.1.2 运动部件——可运动的，带有第二个夹具。
5.1.3 夹具——试验机上，固定部件和运动部件之间，用来夹住试验样本的一系列夹
子，可以是固定的或自动对齐的。无论何种夹具系统，都应zui大限度的减小相对滑动
和应力分布不均的情况。
5.1.3.1 固定夹具是牢固的安装在试验机的固定或可动部件上的。当使用这一类夹具
时，必须小心的将样本夹在夹具中，从而使样本的长轴与通过夹具中心线的拉力方向
重合。
5.1.3.2 自动对齐夹具是安装在部件上，一旦达到一定负载就会自动排成一列，以使样
本的长轴与通过夹具中心线的拉力方向重合。夹具应尽可能按拉力的方向排成一行，
以避免样本发生旋转而滑动。自动对齐型夹具只能在一定限度内自动调整。
5.1.3.3 应尽可能防止样本相对夹具滑动。使用薄橡胶、磨砂布、压力敏感胶带、平口
或锯齿夹具，均可防止样本滑动。夹具的表面应按试验材料及其厚度选择。使
用1.0mm（40mil）的吸墨纸或滤纸垫在夹具圆面上，效果更好。对于易“缩在”夹具里的材
料，能始终保持恒定压力的气动夹更有优势。对于经常在夹具边缘撕裂的材料，可稍
稍增大夹具与样本接触处的曲率半径。
5.1.4 驱动装置——驱动装置可以施加给移动部件一个相对稳定、可控制的速度。该速
度应按第9节设定。
5.1.5 负荷指示器——一个合适的负荷指示装置，能指示夹具上的试验样本所承受的全
部拉伸负荷。本装置在特定的试验速率下（注5），基本上没有惯性滞后现象。除非使
用合适的伸长计，称重系统的移动在测量范围内不应超过样本伸长量的2%。负荷指示
器对样本所承受的拉伸负荷的指示到1%。试验机的度应按E4规范校正。
5.1.6 十字伸长指示器——一个合适的伸长指示装置能指示夹具做十字运动时分离的距
离。本装置在特定试验率下，基本上没有惯性滞后现象。本指示器对夹具十字运动距
离的指示到1%。
5.2 伸长计（可选）——若需要的话，可使用本仪器测量被拉伸的样本上两个确定点间
的距离。使用该仪器时，应尽量减小仪器与样本接触点上的压力（见8.3）。本仪器应
自动记录距离或样本的任何变化，如样本负荷的函数、所用时间的函数。若只记录所
用时间的函数，则负荷时间的数值也应记录。本仪器必须在特定试验速率下基本无惯
性滞后现象（见注5）。
5.2.1 弹性系数和低拉伸量的测量——使用伸长计测量弹性系数和低拉伸量（低于伸长
量的20%），应zui少到1%，并按E83规范对C仪器的要求操作。
5.2.2 高拉伸量的测量——测量高拉伸量（大于伸长量的20%）时，仪器和相关技术指
数应到1%。
注5——在负荷和拉伸数据的标示和记录过程中，必须快速反应。系统需要的反应速度取决于试验的材
料（高拉伸量或低拉伸量）和应变速率。
5.3 厚度测量器——试验方法D5947方法C所述的净重转盘千分尺，或等同的测量装
置，应到0.0025mm（0.0001in）或更小。
5.4 宽度测量仪——合适的测量器或其他能到0.25mm（0.010in）的仪器。
5.5 样本裁切器——根据D6287规范选择适合裁切薄膜和薄板材的技术和设备。
5.5.1 经证明，使用刀片的装置特别适合裁切破裂伸长率在10-20%以上的材料。
5.5.2 由于可能造成样本边缘不整齐或破裂，建议不要使用冲床或压力机裁切样本。
6. 取样
6.1 试验样本应为统一宽度和厚度的条形，长度应比夹具间距离长zui少50mm（2in）。
6.2 样本的额定宽度应不小于5.0mm（0.20in）、不大于25.4mm（1in）。
6.3 宽度和厚度的比至少为8。过窄的样本会放大样本边缘的应变情况和裂纹。
6.4 裁切样本时应尽量避免造成缺口或撕裂等可能使样本过早断裂的缺陷（注6）。样
本的两边应平行，边缘部分宽度应小于两夹具间样本的长度的5%。
注6——制备样本时，应是用显微镜检查样本是否存在缺陷。
6.5试验样本的厚度应恒定，当材料厚度小于0.25mm（0.010in）时，样本厚度应小于夹具
间样本的长度的10%；当材料厚度大于0.25mm（0.010in）小于1.00mm（0.040in）时，样本
厚度应小于夹具间样本的长度5%。
注7——当样本厚度超过6.5的推荐值时，试验得到的数据可能无法表示材料的特性。
6.6 如果怀疑材料是各向异性材料，则要分别准备两组样本，其长轴应分别与各向异性
的方向平行和垂直。
6.7 测量弹性拉伸系数时，应以250mm（10in）为样本标准长度。本长度被用来尽可能的
减小夹具滑动对试验结果造成的影响。当该长度不可行时，在不影响试验结果的前提
下，试验区的长度可为100mm（4in）。但是，在仲裁中仍然应使用250mm的长度。在测
试较短的样本时，应调节试验速率，使应变速率与标准样本相同。
注8——一系列循环试验[4]表明，对于厚度小于0.25mm（10mil）的材料，在夹具的圆面垫
上1.0mm（40mil）吸墨纸测量试验区为100mm的样本所得到的结果，与使用平口夹具测量试验区
为250mm的样本所得的结果一样。
注9——对于一些厚度大于0.25 mm（0.010 in）的高弹性系数材料，很难避免夹具发生滑动。
7. 实验环境
7.1 环境——除合同或相关ASTM标准另有规定外，应按D618方法A的要求，于试验前至
少40小时将样本的环境调节至温度23±2°C（73.4±3.6°F）、相对湿度50±10%。解
决有关争议时允许的误差范围为温度±1°C（±1.8°F）、相对湿度±5%。
7.2 实验环境——除合同或相关ASTM标准另有规定外，试验应在温
度23±2°C（73.4±3.6°F）、相对湿度50±10%下进行。解决有关争议时允许的误差
范围为温度±1°C（±1.8°F）、相对湿度±5%。
8. 试验样本的数量
8.1 对于各向同性材料，每个试样至少要准备5 个样本。
8.2 对于各向异性材料，每个试样至少要准备10 个样本。5 个长轴平行
于样本的各向异性方向，5 个长轴垂直于样本的各向异性方向。
8.3 若样本在明显缺陷处破裂、或在标准长度外破裂，也应抛弃该样本并重新进行试
验，除非这种缺陷或环境是被研究的对象。但是，当发生夹裂（夹具与样本接触处的
破裂）时，若试验所得的数值已被证明与标准长度内发生破裂所得数值基本一致，则
夹裂可以被接受。
注10——对于某些材料，可在试验前和试验后使用光学正交偏振仪检测样本中可能或已经造成提前断裂
的缺陷。
9. 试验速度
9.1 试验速度是指，试验机无负荷运行时两部件（或夹具）分离的速度。此分离速度
与满负荷分离速度之差，不能超过空负荷分离速度的5%。
9.1 试验速度应按表1所示的要求计算初始应变率。这些试验方法中，夹具
分离速度与初始应变率的计算公式如下：
A = BC
其中：
A= 夹具的分离速度，mm（或in）/min；
B= 夹具间的初始距离，mm（或in）；
C= 初始应变率，mm/mm·min（或in/in·min）。
9.3 除材料指标另有规定外，初始应变率应按表1 中的规定。
注11——不同的初始应变率下得到的结果不具可比性；因此，当需要直接比较不同的拉伸等级的材料
时，应使在同一应变速率下比较。对于一些材料，建议在材料的屈服拉伸率的基础上选择应变率。
9.4 特殊情况下，例如测量拉伸破裂率得到的值与材料的分类相矛盾，导致必须选择
应变率，则应选择较低的应变率。
9.5 测量系数时，一旦应变率和样本尺寸与测试其他拉伸性能时不同，则应使用另外
的样本。
10.试验步骤
10.1 选择一个负荷范围，使样本在负荷范围三分之二处破裂。为了选择合适的负
荷-样本宽度组合，需要做几个试验。
10.2 沿着样本长度方向，在几个不同的点测量其横截面积。测量宽度应
到0.25mm（0.010in）。测量厚度时，对于厚度小于0.25mm（0.010in）的薄膜，应
到0.0025mm（0.0001in）；对于厚度大于0.25mm（0.010in）小于1.0mm（0.040in）的薄
膜，应到1%。
10.3根据表1设定夹具的初始距离。
10.4根据表1和夹具的初始距离，设定夹具分离的速度，使其要求的应变速度。将负
荷计量系统、拉伸指示器和记录系统归零。
注12：使用伸长计测量弹性拉伸系数，比使用分离夹具地方法要。要小心防止伸长仪的滑动，以及
避免样本产生不适当的应力。同样参考6.7。
10.5 如果需要测量试验区的长度，而不是夹具间的长度，则应使用柔软的彩色蜡笔
或水笔在样本上标出试验区的两端。不要使用硬物在样本表面刻画标线，因为这些划
痕可能会增大压力并使样本过早断裂。若使用伸长计，试验区应为伸长计与样本接触
点间的距离。
注13：对于一些拉伸量较高的样本，测量其试验区的长度是必要的。随着样本
的伸长，夹具内衬与材料解除面积将减小，导致材料松弛。结果上来说，这个问题与夹具的滑动相似，
也就是夸大了所测得的拉伸量。
10.6 将样本放在试验机的夹具内，小心的将样本的主轴线与夹具接触点的中心线对
齐，将夹具牢牢地夹紧，尽可能的减小样本滑动的可能性。
10.7 启动机器，记录负荷-拉伸量。
10.7.1 当夹具间的样本全长作为测试区时，记录负荷-夹具间距的值。
10.7.2 当试验区已被标记在样本上，使用合适的仪器记录边缘边界线的位移。如果需
要，可根据负荷指示器的读数做出负荷-拉伸曲线。
10.7.3 当使用拉伸计时，记录拉伸计显示的试验区的负荷-拉伸量。
10.8 如果需要系数值，选择一个负荷范围和制图率，在X轴的30-60°范围内做出负
荷-拉伸曲线。为达到zui高度，应使用该试验条件下zui灵敏的仪表测量负荷。如果
负荷-伸长曲线偏离了线性方向，则应停止试验。
10.9 在测量材料正割系数的试验中，则应在材料达到规定的伸长率时停止试验。
10.10如果测量材料的拉伸断裂能，则应准备做应力-应力曲线的积分。可以是试验
中的电子积分，或者试验后求取曲线下的面积（见附录A2）。
11.计算
11.1除非曲线的初始区域不是由样本的张紧、安装或其他人为因素造成的，而是材料
的真实反映，否则应按附录A1做初始补偿。
11.2 破裂因数（标称值）的计算应该是zui大负荷值除以样本初始的zui小宽度。结
果应表示为力每单位宽度，一般是牛顿每米（磅每英寸）；报告中到3 位有效
数字。薄膜的厚度应接近0.0025毫米（0.0001英寸）。
示例：0.1300mm（0.0051in）厚的薄膜,破裂因数= 1.75kN/m（10.0 lbf/in）
注14——该法对于极其薄的塑料薄膜（厚度小于0.13mm（0.005in））是十分有效的。该种薄膜的断裂负
荷可能与横截面面积不成正比，厚度很难测量。而且，该种材料由于拉伸效果、表皮效果、结晶性
等因素的影响，拉伸性能与横截面面积不成正比。
11.3 拉伸强度（标称值）的计算是zui大负荷值除以样本初始zui小横截面积。结果表示
为力每单位面积，一般是兆帕（磅每平方英寸）。报告中，数值到3 位有效数
字。
注15：当发生撕裂破裂时，计算结果应基于破裂发生时的负荷-拉伸量。
11.4 断裂拉伸强度（标称值）的计算与拉伸强度的计算方法一样，只是用破裂负荷代
替zui大拉伸负荷（参考注15和注16）。
注16——在很多情况下，断裂拉伸强度和拉伸强度的计算是一样的。
11.5 断裂拉伸率的计算是样本断裂时的拉伸量除以样本的初始标距，再乘以100。当
使用标距线或者拉伸计表明试验区时，计算时就使用该数值；否则就使用夹具间
距离。结果以百分数表示，到为2 位有效数字。
11.6 屈服强度的计算是在屈服点时的负荷除以样本的初始截面面积。结果表示为力每
单位面积，一般是兆帕（磅每平方英寸）。到3 位有效数字。对于在曲线初始
段表现出虎克弹性行为的材料，应按测试方法D638 的附录所述补计算补偿屈服强度。
此种情况下，结果应表述微“屈服强度-补偿%”。
11.7 屈服拉伸率的计算是以样本屈服点的拉伸量除以样本的初始标距，再乘以100。
当使用标距线或者伸长仪标记样本试验区时，计算时使用该数值。计算前，要根据
附录A1 所述对样本的拉伸量进行初始补偿。结果表示为百分比，到2 位有效数
字。当使用补偿屈服强度时，应该计算在补偿屈服强度时的拉伸率。
11.8 弹性系数的计算是在应力-拉伸量曲线的初始部分划一条切线，在切线上任选一
点，然后以拉伸应量除以相应的应力。计算前，根据附件A1 所述对拉伸量进行初始补
偿。为此，拉伸应力应该是负荷值除以样本的初始截面面积。结果表示为力每单位面
积，一般是兆帕（磅每平方英寸）。到3 位有效数字。
11.9 正割系数计算是在一定应力下，标称压力除以该应力。应优先选用并计算弹性系
数。然而，对于相关性质不成正比的材料，应使用并计算正割模量。做出如附件A1.3
和附件A1中的图A1.2 所示的切线，标出出屈服点时的应力，此时的切线要经过零压力
点。计算中使用的压力是一定的应力下的负荷除以的样本初始截面面积。
11.10 断裂拉伸能的计算应该是在压力应力曲线下单位体积的能量积分值。或者是计
算材料吸收的总能量除以样本标线间的体积。如附件A2 所述，该计算可以通过电子的
积分器直接得到，或者是计算曲线下的面积。结果表示为能量每单位体积，兆焦每
立方米（分磅力每立方英寸）。该值到2 位有效数字。
11.11 在本试验中，所有计算应到所要求的有效数字。
11.12 标准偏差（估计值）计算如下,到2位有效数字。