ASTM D638：塑料的拉伸性能
ASTM D638标准描述了测定增强和非增强塑料拉伸性能的试验方法。 它有助于测定基本的机械性能，包括拉伸应力、应变、拉伸模量、拉伸强度、屈服拉伸强度和断裂拉伸强度。
ASTM D638标准包含有关试样形状和试样尺寸、试验程序（包括环境条件）以及相应试验机和引伸计精度要求的信息。 以下信息提供了全面的概述。 但是，为了确保拉伸试验的执行符合ASTM D638标准，必须参考完整标准。
虽然ASTM D638标准与其对应的ISO标准ISO 527-1 / ISO 527-2在技术上等效，但它们并不能提供完全可比较的结果，因为试样形状、试验程序和结果的测定在某些方面有所不同。
ASTM D638与ISO 527-1/2有何区别？
ASTM D638和ISO 527-1/2是测试塑料拉伸性能的两个常用标准。尽管ASTM D638给出了拉伸性能的实用表征，但ISO 527标准的指导原则是在不同的实验室、公司和国界实现测试结果的高度可再现性。
以下是比较ASTM D638和ISO 527时需要注意的一些重要差异：
- ISO和ASTM规定并允许使用不同的试样尺寸：
ASTM D638 I型是硬质塑料的首选试样，其呈哑铃状，总长度为165 mm，厚度为3.2 mm（1/8英寸），标距长度为50 mm（2英寸），它与常见的部件材料厚度仍相当接近，同时可取得良好的应变测量精度。
符合ISO 527-2标准的首选哑铃状试样为1A型（注塑），其总长度为170 mm，厚度为4 mm，标距长度为75或50 mm。虽然ASTM标准描述了五种试样类型，但ISO为了实现较高的相对精度，将试样限制为两种类型。 - 标准中规定的试验速度和应变速率也可能不同。
- 在很多情况下，ASTM D638对应变测量精度的要求低于ISO 527。
- 规定用于试验的环境条件（如温度和湿度）可能有所不同。
- 两种标准在数据分析和结果测定方面的要求也可能不同。
ASTM D638标准是否适合我的试验？
在聚合物测试中，根据材料和形式的不同，拉伸试验有不同的标准化试验方法：
- ASTM D638：非增强和短纤维增强塑料的拉伸试验。ASTM D638标准可用于1.0至14 mm（0.55英寸）的试样厚度。
- ASTM D882：厚度小于1.0 mm（0.04英寸）的塑料薄膜和片状材料的拉伸试验。为此，有特殊的试样和试验方法来满足薄膜试验的特殊要求。厚度超过14 mm（0.55英寸）的材料必须通过机加工减薄。
- ASTM D412：硫化橡胶和热塑性弹性体的拉伸试验
- ASTM D1708：微拉伸试样的拉伸试验
- ASTM D5323：在拉伸试验中测定聚乙烯土工膜2%的割线模量
- ASTM D2290：塑料管材的表面环形抗拉强度
- ASTM D3039：聚合物基体复合材料（例如GRC或CRC）的拉伸性能的标准试验方法。根据层压板或织物的方向和结构，这些材料可能具有极其不同的性能。因此，它们往往需要特殊的试样和试验方法
- ASTM D3916：测定拉挤成型的玻璃纤维增强塑料棒的拉伸性能
- ASTM D7205：纤维增强聚合物基体复合棒材的拉伸性能的试验方法
- ASTM D751：涂层织物拉伸试验
- ASTM D1623：硬质泡沫塑料的拉伸和拉伸粘结性能的试验方法
- ASTM D3574试验E：泡沫拉伸试验
- ASTM D897：胶黏剂拉伸性能
拉伸试验的目标和特性值符合ASTM D638
在符合ASTM D638标准的拉伸试验中，测定各种典型的特性值，这些值描述了从部件的规定区域加工而成的模塑化合物或试样的基本机械性能：
- 拉伸应力：与试样原始横截面积相关的拉伸负荷
- 应变：原始标距单位长度的增量
- 拉伸模量：应变-应力曲线图中的斜率
- 屈服点：应力-应变曲线图中斜率变化为零的点
- 断裂点：试样断裂时的应力和应变
- 泊松比：横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值
老化试验
符合ASTM D638标准的拉伸试验为表征聚合物在老化、高温、介质存储或风化中的机械特性值变化提供了良好的基础。在这里，所探测的拉伸试验的特性值为新的模塑状态，及呈现规定的老化或气候周期后的状态下的值。
ASTM D638试样尺寸/试样类型
用于根据ASTM D638进行试验的试样按以下类型分类：
- ASTM D638 I型 - 首选试验试样为哑铃状I型，其厚度为3.2 mm（1/8英寸），标距长度为50 mm（2英寸），它与常见的部件材料厚度仍相当接近，同时可取得良好的应变测量精度。
- ASTM D638 II型 - 如果使用 I型试验试样，则无法在试样的狭窄平行部分产生断裂，ASTM D638建议使用II型试验试样，这种试样狭窄平行部分的宽度明显减小。
- ASTM D638 III型 - 如果可以通过机械加工获得材料厚度超过7 mm的试样，就可以使用III型试样。 这里，狭窄平行部分的宽度、试样肩宽和总长度增加，因此试样厚度保持小于宽度。 对于超过14 mm的板材厚度，通过机械加工来调整厚度。
- ASTM D638 IV型 - IV型试验试样适用于测试极软的聚合物（例如，橡胶），还适用于比较软质和更硬的聚合物。
- ASTM D638 V型 - 如果只有少量材料可用，或者从部件上加工试样不允许使用较大的试样，则使用V型试样，它相对于I型试样，在每个尺寸上都有所减小。
| 标准 | 试样类型 | 提示 | l3 mm | l1 mm | b2 mm | b1 mm | h mm | L0 mm | L mm |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ASTM D638 | I型 | 硬质塑料的 首选试样 | ≥165 | 57±0.5 | 19+6.4 | 13±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | II型 | 当I型的狭窄横截面不断裂时， 为首选试样 | ≥183 | 57±0.5 | 19+6.4 | 6±0.5 | 3.2±0.4 | 50±0.25 | 135±5 |
| ASTM D638 | III型 | 适用于厚度大于7mm的试样 （硬质塑料和软质塑料） | ≥246 | 57±0.5 | 29+6.4 | 19±0.5 | 7 ... 14 | 50±0.25 | 115±5 |
| ASTM D638 | IV型 | 用于比较硬质塑料和 软质塑料 | ≥115 | 33±0.5 | 19+6.4 | 6±0.05 | 3.2±0.4 | 25±0.13 | 65±5 |
| ASTM D638 | V型 | 部件中的小试样 | ≥63.5 | 9.53 | 9.53+3.1 | 3.18±0.5 | 3.2±0.4 | 7.62 | 25.4±5 |
符合ASTM D638标准的试验程序：立即使用testXpert开始测试
通过我们的testXpert测试软件可按照ASTM D638标准执行试验：
拉伸试验是塑料和聚合物机械测试中最常执行的试验之一。符合标准的程序在ASTM D638标准中有详细介绍。分步说明消除了阅读所有标准页面的必要，并展示了在100%合规的情况下执行试验是多么容易。
符合ASTM D638标准的简单高效测试还能保证新员工快速上手：
ASTM D638标准的试验机
若要根据ASTM D638标准执行拉伸试验，可以使用我们的万能试验机系列，包括zwickiLine、ProLine和AllroundLine系列。典型试验机具有10 kN的标称载荷。它允许用I型试样测量略低于250 Mpa的拉伸强度，这对于非增强塑料来说通常已足够。通过选择相应的力传感器来适应较低的力。对于较大的力，我们提供高标称载荷的试验机机架。
ASTM D638标准要求测量值的测量精度为±1%。在力传感器的整个测量范围内，通过符合ASTM E4标准的标定对该要求进行验证。因此，力测量系统的质量通过测量范围的宽度进行限定，在该测量范围内可以达到精度要求。ZwickRoell试验机可以从其测量范围的1/1000开始达到ASTM E4要求的测量精度。这意味着可以用同样的测试设定，不用重新设置仪器就可测量很多材料的模量和拉伸应力的值。
用于根据ASTM D638标准进行试验的试样夹具
根据ASTM D638标准进行试验时，试样必须牢牢固定在拉伸试验机中，不得滑动，同时确保试样不会因夹持力过大而损坏。
试样夹具应用不同的工作原理：
气动夹具
- 一键闭合功能
- 可使横梁速度直接且无滑移地传递到试样中，从而确保试验期间的应变速率非常恒定且可重现
- 夹持力可精确调节
- 应用范围广泛，适用于软质和硬质聚合物
- 如果要求测试结果可高度再现，或者要测试大不相同的材料，或者每天必须进行大量的试验，则建议使用。
- 需要与自动上样系统结合使用
螺纹夹具
- 通过螺纹运动手动闭合
- 横梁速度直接且无滑移地传递到试样中，从而确保试验期间的应变速率非常恒定且可重现
- 应用范围广泛，从半刚性到刚性塑料均可
- 适用于对测试结果有高可再现性要求的试验
楔形夹具
- 通过移动操纵杆手动闭合
- 非常适合频繁的测试
- 在拉伸试验期间，横梁运动通过楔效应施加夹持力，降低试样上的应变速率，这反过来又会对测试结果产生影响
- 适用于对其他实验室测量值的再现性要求较低的内部QA任务
螺纹楔形夹具
- 螺纹、楔形件结合的原理；夹面通过螺纹运动手动闭合，在测试过程中通过楔形动作施加夹持力
- 用于在需要测试厚度超过30mm的不同试样且不更换楔形夹面的情况
用于根据ASTM D638标准进行试验的引伸计
要根据ASTM D638标准测量的值包括横梁行程，或夹持距离的变化以及直接测量的试样伸长率。对于横梁行程的测量，ASTM D638要求相对于各自测量值± 10%的精度。横梁行程特别用于测定断裂时的标称应变，因此要测量的距离相对较大。
拉伸模量通过直接测量引伸计测定。 应变测定的允许误差规定为0.0002 [mm/mm]。 与之对应的是，应变误差为0.02%，或标距长度为50 mm时允许的位移误差为0.01 mm。
对于屈服点和最高约20%小伸长率的测量，ASTM D638要求符合ASTM E83标定标准的C类要求。对于最高10%的伸长率，这意味着应变测定时的设定最大允许误差值为0.001 [mm/mm]，其对应的伸长率为0.1%。对于较高伸长率的测量，各测量值的相对误差不得超过± 1%。
对于超过20%伸长率的测量，ASTM D638允许的相对测量误差为± 20%，即使采用相对简单的引伸计也能达到该误差。
适用于ASTM D638标准的ZwickRoell引伸计
根据您的要求，ZwickRoell提供了各种引伸计，其中大多数符合ASTM E83标准的B-2级精度：
- 非接触式videoXtens引伸计用于高分辨率、高精度的光学非接触式测量。videoXtens的测量范围很宽，超过100%，从模量测量到试样应变均可实现，且可自连接到试样上。您可以选择集成横向应变测量并使用温度控制装置。
- makroXtens 用于极高分辨率和精度的机械探测测量。makroXtens的测量范围很宽，超过100%，从模量测量到试样应变均可实现，且可自连接到试样上。可以进行测量直至试样断裂，而无需拆除传感器臂。您可以选择集成横向应变测量并使用环境试验箱。
- multiXtens将拉伸模量的测量与直至试样断裂的高应变测量相结合。此外，其行程范围非常大，最高可达740 mm。它可以用于测试大不相同的材料，例如试样伸长率非常大的脆性塑料和弹性体。
- 手动连接的夹持式引伸计用于极高分辨率和精度的机械探测测量。试验前，操作员将引伸计连接到试样上，一旦达到最大测量位移或试样将要断裂，再次手动移除引伸计。根据型号，您可以获得大约2 mm至25 mm左右的测量范围。
- 机械长量程引伸计用于测量中等至较大试样应变，适用于屈服伸长率和断裂伸长率。试样自动连接，并且可以在不移除传感器臂的情况下进行测量，直到试样断裂。
- 光学长量程引伸计用于通过跟踪反光标距标记来测量中等到较大试样应变，适用于屈服伸长率和断裂伸长率。可自动连接到试样上，标记距离的测量也是自动进行的；试样断裂之前一直进行测量。
ASTM D638标准中规定的调解和环境条件
- 遵守规定的调节和环境条件也就是温度和湿度对于测试结果的比较至关重要。
- 有关调解时间长短的规范，通常请参阅材料标准的塑料准备测试章节。 此外，用于模塑材料测试的试样必须保持在标准环境（标准的温度和湿度条件）中放置至少16小时才能进行测试。
- 如果试验在标准环境中进行，这是指ASTM D618标准中规定的既定正常气候。
测试环境：23 ± 2 °C，50 ± 10 %rh
亚热带气候：27 ± 2 °C，65 ± 10 %rh - 公差符合2级精度规定。1级精度的公差减半。
- 室温通常引用了一个相对宽的温度范围，在18 °C和28 °C之间。
- 也可以在高温或低温下进行试验，但可能会指定不同的要求。
拉伸试验按照ASTM D638，环境试验箱温度-80 °C至+250 °C
在要求温度下(ASTM D638)，使用makroXtens引伸计对塑料、橡胶、弹性体和纤维增强复合材料进行材料和部件测试。
在同一时间段内进行更多试验：提高了塑料实验室的试样测试效率
对于符合ASTM D638标准的拉伸试验，事实证明，自动化解决方案值得拥有（从每天10个试样开始）。 我们的roboTest N测试助手承担简单的抓放任务，并在测试实验室提供经济高效的支持。
对于有着高测试要求的实验室，推荐使用我们的全自动试验系统roboTest L。我们的大批量塑料测试工作台可容纳450个试样。 它根据ASTM D638标准自主进行试样横截面测量和拉伸试验。 试验结束后，独立的废料机械手会清除试样夹具中的试样废料。
但其他试样形状或其他试验方法对于我们的自动试验系统来说也没有问题。 自动试验系统roboTest R更为复杂，允许您连接第二台或第三台试验机，以及其他设备，如对中装置或温度范围从-80°C到+360°C的环境试验箱。这不仅提高了试样测试效率，还为您提供并行执行不同试验的选项，从而快速获得可靠的测试结果。
有关ASTM D638的常见问题
塑料拉伸试验最常见的ASTM标准是ASTM D638。 该标准用于测定塑料材料的拉伸性能，以用于控制、规范、定性表征和研发目的。 标准定义了试验设备、试样形状和尺寸以及要遵循的试验程序。 使用ASTM D638测定的材料性能包括拉伸强度、试样伸长率、应变值、弹性模量以及确定室温下泊松比的选项。
有关详细信息，请参阅完整标准：ASTM D638
塑料的拉伸强度基本上是通过测量导致塑料试样断裂或屈服所需的应力来测定的。 因此，该标准对屈服点和抗断裂性能进行了区分。 塑料材料的这一定义特性通常用于研发和质量控制。 使用拉伸试验机测定塑料的拉伸强度，拉伸试验机将试样拉开直至断裂，同时测量并计算临界值。 通常这些试验根据ASTM D638标准执行，该标准规定了待测试样的形状和尺寸，提供了试验机规范，并描述了试验程序。
ASTM D638标准描述了塑料拉伸试验。 采用该标准来测量拉伸性能，包括拉伸模量、屈服应力、屈服应变、拉伸强度和断裂应变。 这些性能对于塑料和塑料复合物的测定和比较以及质量保证非常重要。
对于脆性塑料和不显示屈服点的塑料，断裂应变直接用机械式或非接触式测量引伸计测量。 对于确实存在屈服点的热塑性塑料，断裂时的标称应变通过试验机牵引夹具的行程来测量。
拉伸强度是试样在拉伸试验期间能够达到的最高拉伸应力。 这种拉伸强度可以发生在屈服点，在这种情况下，它被称为屈服点拉伸强度。 如果拉伸强度产生后不久，试样就失效了，则称为断裂拉伸强度。
ASTM D882标准用于厚度最大1 mm的塑料薄膜和片状材料的拉伸试验。为此，有特殊的试样和试验方法，可满足薄膜试验的特殊要求。
GRC或CRC等长纤维增强塑料在拉伸试验中依据ASTM D3039标准进行测量。根据层压板或织物的方向和结构，这些材料可能具有极其不同的性能。因此，它们往往需要特殊的试样和试验方法。
ASTM E132标准规定了在环境温度下测量泊松比的适用试验方法。然而，对于非增强塑料，泊松比的固定值通常可以用于计算，因为它基本上恒定。
该标准是根据ASTM D618的方法A在温度经过调节的状态下对试样进行测量。不过，ASTM D638标准在温度调节和测量要求中允许偏差，因此也可以根据该标准在低温或高温下执行试验。
ASTM D638标准涵盖了拉伸性能的测定，其中包括非增强和增强塑料的拉伸强度。用于测试拉伸强度的其他常见标准还有：用于金属的ASTM E8/ASTM E8M、用于橡胶和弹性体的ASTM D412以及用于纤维增强复合材料的ASTM D3039。