王長進，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的力學性能測試。塑料拉伸性能測試的最新國家標準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。該國家標準自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準ISO 527-1:2012[3]。該標準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。國家標準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)化了計算機控制拉伸試驗機的定義和方法，多用途試樣優(yōu)選標距從50 mm增加到75 mm，修改了拉伸標稱應變，增加了標準應變的計算方法等，這些變更在前言中簡單羅列，限于篇幅未進行詳細展開。本文較為詳細地展開描述GB/T 1040.1-2018(新版標準)和GB/T 1040.1-2006(舊版標準)新舊版本標準的技術(shù)差異和變化，以方便使用該標準的相關(guān)從業(yè)人員能夠快速地掌握和理解新標準。

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

舊版標準共計3個引用文件，新版標準共計7個引用文件，對比差異如表1所示。新版標準主要修訂原則為ISO 527-1:2012中不注日期的國際標準翻譯引用，注日期的國際標準引用對應注日期的國家標準。

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

對比新版標準和舊版標準，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。第一種是新版標準新增術(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準整體的嚴謹性。第二種是新版標準刪除術(shù)語和定義，比如拉伸強度標稱應變。第三種是新版標準優(yōu)化了定義的描述，不產(chǎn)生本質(zhì)差異，比如標距，拉伸應力，拉伸屈服應力，拉伸強度，x%拉伸應變應力，拉伸應變，拉伸屈服應變，拉伸強度拉伸應變，拉伸彈性模量。第四種是新版標準重新進行了定義，比如拉伸斷裂應力，拉伸斷裂應變，拉伸標稱應變，拉伸斷裂標稱應變，泊松比。其中拉伸斷裂應力和拉伸斷裂應變需對拉力機如何判定試樣斷裂進行明確，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，儀器設備默認的瞬間力衰減≥50%時判為斷裂，舊版標準沒有明確，如果要滿足新版標準，儀器設備需調(diào)整為瞬間力衰減≥90%時判為斷裂。拉伸標稱應變和拉伸斷裂標稱應變在新版標準中選擇了更為直觀的橫梁位移來替代舊版標準中的兩夾具間距離的增量。泊松比在新版標準中選擇用形變量來替代舊版標準中的應變。

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

續(xù)表2

拉伸彈性模量應力σ2與σ1的差值與對應的應變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,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力/應變點來測量模量模量:應力/應變曲線σ(ε)上應變ε1=0.05%與應變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變對法向應變關(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軸之一的拉伸應變εn與拉伸方向上的應變ε之比的負值;泊松比優(yōu)先用于長纖維增強材料在縱向應變對法向應變關(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 設備的對比差異

4.1 試驗機概述

舊版標準對試驗機的概述為試驗機應符合GB/T 17200和本部分5.1.2～5.1.5的規(guī)定。新版標準對試驗機的概述為試驗機應符合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)果為導向，滿足設計標準的試驗機在日常使用過程中可能會發(fā)生偏離，不一定滿足設備的校準溯源要求或檢定規(guī)程。

4.2 試驗速度

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

4.3 負荷指示裝置

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

4.4 引伸計

新版標準規(guī)定引伸計應符合GB/T 12160-2002規(guī)定的1級引伸計的要求，在測量的應變范圍內(nèi)可獲得此精度。舊版標準指出引伸計應符合GB/T 17200規(guī)定，應能測量試驗過程中任何時刻試樣標距的相對變化。相比舊版標準，新版標準關(guān)注設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

新版標準條款5.1.6數(shù)據(jù)的記錄是舊版標準所沒有提及的，包括三個部分，分別為概述，應變數(shù)據(jù)的記錄，負荷數(shù)據(jù)的記錄，這些規(guī)定對儀器設備的生產(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備或者設備模塊，新版標準規(guī)定，所需記錄數(shù)據(jù)(負荷，應變，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備

舊版標準把樣品分成硬質(zhì)材料和軟材料兩大類分別介紹測試設備情況，新版標準規(guī)定如適用，見ISO 16012和ISO 23529。新版標準引用了明確的國際標準，涵蓋了本標準所有涉及的樣品，較舊版標準更為全面和嚴謹。

5 試樣的對比差異

5.1 試樣的檢查

新版標準新增規(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行測試時應說明原因，這考量了方法的偏離及可接受偏離的風險。新版標準還描述了關(guān)于注塑試樣脫模的注意事項。

5.2 試樣的數(shù)量

舊版標準條款7.2描述應廢棄在肩部斷裂或塑性變形擴展到整個肩寬的啞鈴型試樣并另取試樣重新試驗，新版標準刪除了此規(guī)定。舊版標準條款7.3描述當試樣在夾具內(nèi)出現(xiàn)滑移或在距任一夾具10 mm以內(nèi)的斷裂，或由于明顯缺陷導致過早破壞時，由此試樣得到的數(shù)據(jù)不應用來分析結(jié)果，應另取試樣重新試驗。新版標準對此進行了調(diào)整，調(diào)整后的條款7.2規(guī)定應廢棄在夾具內(nèi)斷裂或打滑的啞鈴型試樣并另取試樣重新試驗。新版標準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。舊版標準以注解的形式針對破壞的統(tǒng)計學分析建議，在新版標準中沒有提及。

5.3 試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)

新版標準規(guī)定狀態(tài)調(diào)節(jié)，應按有關(guān)材料標準規(guī)定對試樣進行狀態(tài)調(diào)節(jié)。缺少這方面的資料時，應選擇ISO 291中適當?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，此情況下無需進行濕度控制。較舊版標準，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

舊版標準中描述的寬度b精確至0.1 mm，厚度h精確至0.02 mm，在新版標準中刪除。舊版標準中注1和注2在新版標準中以正文規(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。舊版標準沒有對注塑試樣的尺寸測量明確，新版標準規(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。另外舊版標準存在描述不嚴謹?shù)牡胤?，如使用多型腔模具時，應確保每腔的試樣尺寸相同。新版標準規(guī)定使用多型腔模具時，應確保型腔之間的試樣尺寸偏差不超過0.25%。新版標準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，表達更嚴謹。

6.2 試樣的夾持

舊版標準提及當使用夾具對中銷時，為得到準確對中，應在緊固夾具前稍微繃緊試樣，在新版標準中該描述刪除，主要考量的原因是可操作性較差，較為主觀。新版標準新增規(guī)定夾持力不應導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行注解。

6.3 預應力

新版標準新增規(guī)定有必要避免應力/應變曲線開始階段的趾區(qū)。另外新版標準對在測量模量時，試驗開始時的預應力進行調(diào)整，明確規(guī)定應為正值，但刪除了舊版標準中與此相對應的預應變要求。新版標準還規(guī)定了超出范圍后如何進行調(diào)整預應力的方法。

6.4 引伸計的安裝

舊版標準描述測定拉伸標稱應變εt時，用夾具間移動距離表示試樣自由長度的伸長。由于新版標準對拉伸標稱應變定義的變化，刪除了這個描述。新版標準新增規(guī)定引伸計應對稱放置在試樣的平行部分中間并在中心線上。應變計應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

新版標準較舊版標準新增的規(guī)定為在拉伸模量(達到應變?yōu)?.25%)的測定應力之后，同一試樣可用于繼續(xù)測試。推薦在進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)生在應變不大于0.3%以內(nèi)。新版標準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。

7 結(jié)果計算和表示的對比差異

7.1 應力計算

新版標準較舊版標準新增當測定x%應變應力時，x應為相關(guān)產(chǎn)品標準或相關(guān)方面商定值。

7.2 應變計算

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

7.3 拉伸模量

新版標準在舊版標準的弦斜率法的基礎上，新增了回歸斜率法來計算拉伸模量，主要是利用計算機采用最小二乘法進行回歸線性擬合。

7.4 泊松比

新版標準相對應舊版標準有較大的差異，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)變化對標距變化曲線的斜率Δn/ΔL0，以及縱向和法向的初始標距。新版標準還規(guī)定在應變范圍0.3%≤ε≤εY優(yōu)選更高的應變區(qū)域測定泊松比。

7.5 附 錄

舊版標準的資料性附錄A拉伸彈性模量和有關(guān)值，在新版標準中沒有提及。新版標準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要求。

8 結(jié) 語

新版標準較舊版標準有較大的變化，分別從標準適用范圍的變化，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行展開詳細描述。尤其是針對泊松比和拉伸標稱應變的變化較為突出，希望采用新版標準GB/T 1040.1-2018的有關(guān)從業(yè)人員，更好地理解標準和執(zhí)行標準，緊密結(jié)合標準來開展實際測試工作，提高測試結(jié)果的有效性。