关于塑料的拉伸断裂应变、拉伸断裂标称应变解读

塑料作为现代工业的重要原材料，广泛应用于各个领域。塑料的拉伸性能是最基本的力学性能之一，它指在规定的温度、湿度和试验速度下，在试样沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏而表现出来的特性，断裂伸长率是拉伸性能的重要指标，可以衡量塑料韧性，为塑料产品设计、加工和应用提供依据。

目前各国标准对断裂伸长率的测量方法及验收要求并不统一，现行主流标准如下：ISO国际标准组织ISO（国际标准化组织）是制定国际标准的主要机构之一。在塑料领域，ISO制定了一系列关于塑料材料、产品、测试方法和性能要求的国际标准。例如，ISO 1133规定了塑料颗粒体积密度的测定方法，ISO 527则涉及塑料拉伸性能的测定。ASTM美国材料与试验协会ASTM（美国材料与试验协会）是全球领先的材料、产品和系统测试标准制定机构。在塑料领域，ASTM制定了一系列关于塑料性能测试、分析和评估的标准，如ASTM D638用于测定塑料拉伸强度和伸长率。GB国家标准GB（国家标准）是我国制定和实施的标准体系。在塑料领域，GB标准包括塑料材料的基本性能、应用要求、测试方法等方面。如GB/T 1040规定了塑料拉伸性能的测定方法。塑料行业是金属材料发展后兴起的一个行业，由于受金属行业的影响，塑料的断裂伸长率的定义也曾沿袭传统金属行业对断裂伸长率的定义即：在拉力作用下，试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比，用% 表示。

以断裂伸长率表示材料的韧性具有简单易行的优点，但实际对塑料的研究过程中发现，按照标距间的增长量来测量断裂伸长率，在试样上对标距进行标识， 既要保证标距的误差符合要求， 又要保证试样变形断裂时能有效分辨出标识处， 这是非常困难的。

虽然目前使用大变形引伸计来跟踪标距的变形，但引伸计自身存在重力，夹持力不大，且屈服过程试样变形过快，在发生了明显屈服后断裂的试样，使用大变形引伸计不能准确地捕捉到标距间真实的增长量，导致沿用传统断裂伸长率的定义会有很大的不准确性。

因此国际标准 ISO（包括国家标准GB）对原来的定义进行细化，把断裂伸长率分为拉伸断裂应变和拉伸断裂标称应变。

对各类材料拉伸断裂应变、拉伸断裂标称应变的差别进行讨论

合成树脂和塑料的拉伸行为主要有 4 种形式:

a． 脆性无屈服;

b． 韧性有屈服，且屈服后应力升高;

c． 韧性有屈服。且屈服后应力不再升高;

d． 韧性无屈服。

四种拉伸行为应力--应变曲线，如下图1图一：应力-应变曲线图二：样条拉伸过程

应力与应变是材料力学中的两个核心概念，它们描述了材料在外力作用下的内部反应与变形情况。理解这两个概念对于分析材料在工程应用中的表现至关重要。

应力是材料在外力作用下内部产生的单位面积上的抵抗力。外力包括外部施加的力、不均匀加热或永久变形而产生的力。应力可以用来准确描述和预测弹性、塑性和流体行为。

应变是物体在施加力的方向上经历的变形量除以物体的初始尺寸。应变是材料在应力作用下发生的变形程度，是一个无量纲的量。

拉伸断裂应力试样破坏时的拉伸应力（从GB/T 1040 2006 年版的“试样断裂时的拉伸应力”改为 2018 年版的“试样破坏时的拉伸应力”，更为贴近实验时的实际情况，因为有不少的塑料材料的最大拉伸应力不是材料断裂时候的应力。）

拉伸断裂应变εb对断裂发生在屈服之前的试样，应力下降至小于或等于强度的10%之前最后记录的数据点对应的应变。只要标距内的试样的变形是相同的，则可用引伸计平均整个标距的应变来测定应变。

计算方法：对于材料/或测试条件，试样的平行部分普遍存在相同的应变分布，例如在屈服前和到达屈服点的应变，可用公式计算：εb= ΔL0/L0（L0 :试样的标距，单位mm ; ΔL0:试样标距间长度的增量，单位mm ；εb用比值或百分数表示；）

拉伸断裂标称应变εtb对断裂发生在屈服之后的试样，应力下降至小于或等于强度的 10%之前最后记录的数据点对应的标称应变。

测定方法：当未使用引伸计时用标称应变。例如，使用小型试样或在屈服点后由于区域化（颈缩）使得引伸计测定失效时。标称应变是相对于初始标距的夹具距离增加量，它是记录横梁的位移而不是测量夹具间的位移。可记录横梁的位移来替代测量夹具之间的距离。横梁位移应按照机器柔度的影响来进行修正。可用A、B两种方法来测定标称应变。

计算方法A：记录从试验开始时机器夹具间的位移，计算公式：εtb= ΔLt/L（L :夹距，单位mm ; ΔLt:试样时夹距的增量，单位mm ；εtb用比值或百分数表示；）

计算方法B：有屈服和颈缩的多用途试样优选B法，但其屈服应变已用引伸计精确测定。记录从试验开始时机器夹具间的位移，可用公式计算：εtb=εy+ΔLt/L （εy:屈服应变，用比值或百分数表示；L :夹距，单位mm ; ΔLt:屈服点之后夹距的增量，单位mm ；εtb用比值或百分数表示；）

拉伸性能测试的准确与否，与所使用的测试仪器和测试人员有关，更与采用的测试标准密切相关，因此对测试标准的准确理解是测试的关键。

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