结构塑料在许多行业中发挥着至关重要的作用，因为制造商希望降低车辆、消费品等的重量和成本。MTS 高级应用工程师 Scott Anderson 讨论了 MTS 测试解决方案如何帮助制造商和复合厂更有效地满足这些材料的 ISO 和 ASTM 标准。
问：有哪些趋势正在影响塑料行业？
Anderson：目前正在发生巨大的创新，尤其是各种机器、车辆和其他产品中使用的模塑结构塑料。高品质轻质塑料不仅对制造商的生产具有成本效益，而且完美结合了强度和耐久性能。复合厂不断开发和调整专有配方，以便为特定应用提供特定属性，而每种材料都需要经过拉伸测试。
问：塑料拉伸测试有哪些标准？
Anderson：ISO 527和 ASTM D638是其中两个较为常用的标准。ISO 527 涵盖了确定各种塑料拉伸性能的一般原则，其扩展内容则侧重于挤出塑料、薄膜和薄板以及纤维增强塑料复合材料。ASTM D638 为生成各种塑料的拉伸性能数据提供了类似的准则。最近我们的客户主要关注的是成型和挤出塑料的拉伸测试标准：ISO 527-2 和 ASTM D638。
问：ISO 527-2 和 ASTM D638 标准有何区别？
Anderson： 二者非常相似，除了对材料应力-应变曲线非线性部分的分析。对于大多数塑料来说，这两个标准的测试结果都是相同的。但对于线性区域很少或没有线性区域的塑料，ASTM 和 ISO 之间的差异可能非常显著。
问：为什么拉伸测试很重要？
Anderson：拉伸测试是塑料最为常用的测试，因为可以产生非常多的关键数据。它是任何材料性能研究的基础，如应力、应变、拉伸模量和泊松比。通过测量将测试样件拉到断裂点所需的力，产品设计工程师和质量管理人员可以准确预测产品在实际应用中的性能。他们可以了解材料的可成型性，可以吸收多少能量，以及是否能在特定应用中使用。这些测试可能还需要在环境箱进行，以模拟使用条件。
问：结构塑料拉伸测试包括哪些要素？
Anderson： 为执行这些测试，要将扁平“哑铃形”的样件放置在万能试验机 (UTM) 的夹具中，然后施加可控的拉力，直到样件失效。根据样件类型采用不同测试速度以达到特定的应变率，可使用引伸计测量样件在关注区域内的应变性能。如果是在可能破坏引伸计的温度环境箱中进行测试，情况可能会很复杂。
问：塑料拉伸测试有哪些挑战？
Anderson：挑战在于精确确定被测材料是如何失效的。塑料在失效之前的拉伸距离取决于应变硬化系数以及材料对应变速率敏感与否。正如我在区分标准时提到的，通常重点关注的是模量或测试的线性弹性部分，这只是拉伸的一小部分。整体延伸率可能在应变的 100% 到 1000% 之间变化，在此前提下将模量与整体应变区分开来非常困难，需要大量数据点。
最初使用的是机械式引伸计，但它们的行程只有 50% 到 100%，具体取决于标距长度。大变形引伸计行程较大，但它们的分辨率不足以捕捉相对较小的线性弹性区域。在许多情况下，极佳的解决方案是非接触式引伸计，例如我们的 MTS Advantage™ 视频引伸计 (AVX)。这款特殊工具可让您在不产生影响的情况下跟踪样件直到其失效，获得足够的数据点以便计算模量。
问：拉伸测试系统需要考虑哪些功能？
Anderson：对于结构或硬质塑料，测试系统需要具备执行高延伸率测试所需的能力和分辨率。有时这意味着载荷能力需要高达 50 kN。经常需要在环境箱内进行测试。温度测试可能会增加各方面的挑战。例如，可能需要在给定温度下浸泡夹具中的样件，或者在温度环境箱内浸泡样件然后在夹具中固定，这会导致设置更加复杂，延长测试时间。集成系统可以简化工作流程。需要考虑的问题包括选择高度足以适应环境箱和预期样件延伸率的系统，以及采用光学级玻璃进行非接触式应变测量的环境箱。
问：这些数据对复合厂和制造商有何帮助？
Anderson：它可以确实增强决策的可靠性。复合厂需要知道其材料在制造工艺中的性能符合预期，并且能够提供模塑厂需要的特定特性，无论是耐久性能还是灵活性，还是强度重量比。制造商选择材料的依据是他们设计的产品的各种细微差别，无论是玩具零件，还是汽车头枕，还是飞机座椅零件。他们需要合适的材料特性，以便作出众多设计决策。准确的测试数据可帮助他们做到这一点。
问：MTS 还能如何帮助确保测试结果的准确度？
Anderson：MTS 在为塑料行业配置集成系统解决方案方面拥有数十年的经验。MTS Criterion® 机电测试系统是 ISO 527-2 和 ASTM D638 塑料拉伸测试的理想选择。这些框架提供多种高刚度配置，采用高分辨率 MTS 数字控制和紧凑型交流伺服电机驱动器，可在广泛的载荷能力范围内实现高速低振动的测试。
