塑料管材拉伸性能制样方法探讨

吴飞 胡祥松 王先桥

断裂伸长率是对塑料管材柔韧性优劣最直观的考量。通过对管材断裂伸长率的测定，来考查管材对地基不均匀沉降的适应能力，是管道系统安装后可靠性的重要参考。GB/T8804.3-2003《热塑性塑料管材拉伸性能测定第3部分 聚烯烃管材》标准中，规定壁厚大于12mm的管材应采用机械加工方法制样。实际试验中常因机械加工制备的试样拉伸面不够平整、呈波浪形，导致拉伸时有局部开裂、数据不稳定、结果失真的情况发生。鉴于试验实际情况出现的问题现就常用的Ⅰ型拉伸样条制样方法进行探索。

一、制样方法对拉伸产生的不利因素

冲裁制样：优点样条平滑、一体成型拉伸面平整，缺点受壁厚影响，厚壁样品不易冲裁或冲裁出现变形。

机械加工：常见为铣刀切割，优点在于壁厚局限性小、省力，样品形状切割不变形，缺点为样条切面为波浪形平面不平滑，拉伸容易出现裂口。

铣刀制样因其工作原理为周期性旋转切割，虽然高速旋转切割减小了周期中间的间隔缺陷，但因为这短暂的间隔实际切面是呈波浪形的。制出的试样在受到拉伸力的作用下，切面不平整、波谷缺陷被暴露并加重，波形拉伸面受力不均匀，导致局部由不平整面迅速由外向内演变成裂口致使试验结果失真。

冲裁制样对于厚壁样品难点在于：一是冲裁阻力大切不透，二是冲裁样条变形。变形是冲裁制样过程中裁刀受挤压拉伸平行部分变窄。最终冲裁出的样条上切面是标准10毫米宽下切面可能就只有9毫米或8毫米宽，样品呈倒梯形（ ）。沖裁制样是一次成型样品四面受力同时切除，力的作用是相互的壁厚越大切除阻力越大裁刀受压越大，变形程度越严重。切不透是冲裁制样一般为人力施压，施压不均匀一次性切不透，二次施压冲裁制出的样条在中部会出现切痕不利拉伸。大壁厚冲切阻力过大人力施压已经非常困难，再就是冲压机中间承压螺母为铸铁制造，多人施压承压螺母受力过大易碎裂致使冲裁失败。解决机械制样波形拉伸面的问题，冲裁方法的裁刀变形、冲裁阻力问题，将能制备出更完美的试验样条使拉伸试验数据更加真实客观的反应产品质量。

二、如何消除制样不利因素的两种探索

基于以上分析思考分步制样可以有效解决问题。增加一个中型样条，以大化小先粗裁再精裁。粗裁留好余量先消除多余部分减小阻力，再精裁成型。具体操作如下：

1、利用已有工具进行分步制样，第一步以铣刀粗裁出中型样条，中样条的裁切余量以保障标准样尺寸为基本，方便精裁为要点灵活把握。第二步以标准裁刀进行冲裁切除最后几毫米的薄皮，这样既可以消除铣刀周期性切割造成的波形面问题又解决了切除量太大切不透、变形的问题。

2、直接增加特制中型裁刀（如图2）。第一步制取待用的长方形样片，长度略短于中型裁刀以消除端头的切割阻力，宽度略宽以保证中部平行。中型裁刀裁制出的样条尺寸上比标准样条宽10mm，第二步将标准裁刀放在中型样条正中间进行加工，平行面切除量约为5mm的薄片同样也可以裁出标准样。方法2制样耗时较1大大降低更快捷、更高效。

三、分步制样的拉伸效果

两种分步制样方法的主要区别是对粗裁的处理方式不一样，最后的精裁都是以标准裁刀进行冲裁得到拉伸样条。粗裁只是减轻了精裁难度对拉伸不会造成负面影响，精裁得到的都是同一标准样，所以将以两种混合制样与单独的机械铣刀制样进行拉伸效果比较。

同一样品不同制样方法的拉伸曲线对比图如下：

从图可以看出精裁制样的拉伸数据相对稳定，各单独数据相近，表现更真实。铣刀制样的拉伸异常数据相对偏高，根据对异常数据拉伸时的观察是机械制样的缺陷造成的局部开裂致使拉伸提前断裂。塑料管材的拉伸断裂原因有很多：熔融挤塑时形成的气泡、原材料中的杂质、成型时的沙眼、废旧回塑料添加过多、混合不均匀的分层断裂、试样的外部损伤缺陷等等诸多因素。试验时如果没有认真的观察试样就有可能误判成产品质量问题造成的断裂，错误的将无效数据判断成正常拉伸将导致结果失真。即使能有效区分断裂问题，剔除样条的外部缺陷造成的无效数据，试验数量势必要增加、样条要多制备、拉伸次数更多耗时更长，这样得出的结果数据虽然没有问题，机械制样拉伸也能真实反应产品质量情况，但是工作不够高效。通过拉伸试验分析对比，分步冲裁制样不但制样快捷高效，拉伸数据还更稳定，试验证明分步制样法是可行的且优势明显。建议在GB/T8804标准中加入符合试验要求的分步制样法。