二元乙丙橡膠包裝膜拉伸強度的測定研究

孫文秀,石捷強,周淑花

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

目前，國內二元乙丙橡膠包裝內襯為聚乙烯薄膜，用戶使用二元乙丙橡膠用于潤滑油之前必須把內襯包裝膜扒掉，否則因為聚乙烯內襯膜不溶于潤滑油而出現不溶物，導致潤滑油無法繼續使用[1-4]。由于二元乙丙橡膠(EPM)的門尼黏度低，性狀黏軟，有冷流現象[5-8]，包裝內襯膜較難扒脫，為此，要研發一種新的包裝內膜替代現用聚乙烯內襯膜。研發的內襯膜無需剝離，能隨同EPM較好地溶于潤滑油，但也要求這種內襯膜具有一定的拉伸強度，起到內包裝的作用。在研發過程中薄膜拉伸強度是一項重要的測試指標。在沒有測試方法可依據的情況下，作者通過一系列實驗，最終確定了適用于本實驗的薄膜拉伸強度的測試方法，為研究替代包裝膜提供了分析數據的支持。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

J-0010包裝膜：中國石油吉林石化公司有機合成廠；1#、2#、3#、4#包裝膜:研發膜，中國石油吉林石化公司研究院。

厚層切紙機：868，上海云廣機械制造有限公司；標準切刀：5型(啞鈴型)、切片機：GT-7016-A、測厚儀：GT-313-Al，臺灣高鐵科技股份有限公司；電子萬能試驗機：WDW-20，上海華龍測試儀器股份有限公司。

1.2 試樣型狀

2型試樣：寬度10 mm，長度150 mm的長型樣條；5型試樣：窄部寬度為(6±0.4)mm的啞鈴型樣條。

1.3 儀器工作條件

預加載速度：10 mm/min；預加載目標值：0.2 N；拉伸速度：500 mm/min。

1.4 樣品處理

2型試樣裁切：將待測塑料薄膜平整夾于兩張A4打印紙中間。其中，薄膜上層的打印紙正面是具有行高、列寬的多行表格。將夾有待裁切塑料薄膜的打印紙固定在切紙機上，見圖1。

圖1 用切紙機裁2型試樣

按表格上的邊框線和網格線準確切割打印紙，做到一次切透兩層打印紙，取出切下的紙條，中間的塑料條便是所要的待測樣條，見圖2。檢查樣條邊緣應光滑無缺口。

圖2 2型試樣

5型試樣裁切：將待測塑料薄膜平整鋪在兩張A4紙上面，薄膜上面放好5型標準切刀，切片機對切刀施加負荷后，沖切得到5型試樣，見圖3。樣條邊緣應光滑無損。

圖3 5型試樣

1.5 試樣狀態調節和實驗的標準環境

按GB/T 2918—1998[9]規定進行狀態調節，溫度為(23±2)℃，狀態調節時間不少于4 h，并在此條件下進行實驗。

1.6 拉伸強度的測定

實驗前，將萬能試驗機的夾具換成傳感器適于測薄膜拉伸強度的夾具。開啟工作站和萬能試驗機，用“試驗軟件”進行拉伸測試。實驗結束，工作站顯示本次拉伸強度的測試結果，平行試樣數量不少于5個。工作軟件直接顯示的拉伸強度結果通過公式(1)、(2)[10]計算得到：

(1)

A=b×h

(2)

式中，σM為拉伸強度，MPa；F為所測的拉伸負荷，N；A為試樣原始橫截面積，mm2；b為試樣中部寬度，mm；h為試樣厚度，mm。

2 結果與討論

2.1 試樣型號的確定

GB/T 1040.3—2006[11]中對塑料薄膜拉伸性能的測定給出了多種樣型。近年來，薄膜拉伸性能測試的樣型無論是國家標準GB/T 1040.3—2006 還是ASTM D882—2012[12]都明確規定：當受試材料規范無特別強調時，優先選用2型試樣。所以實驗按標準推薦首先選用上述1.2中的2型試樣。

用2型試樣，夾具間的距離設為標準距離(100±5)mm，按1.3給出的儀器工作條件測J-0010包裝膜的拉伸強度，平行測定5次。5次測試上夾具移動到拉伸機行程限高時，試樣都沒斷裂，人工結束測試。拉伸強度測試結果見表1，測試曲線見圖4。

表1 J-0010膜2型試樣拉伸性能測試結果

由表1可見，用2型試樣測J-0010包裝膜的拉伸強度，σM>8.28MPa，拉伸斷裂標稱應變ε>660%。2型試樣只能給出σM>8.28 MPa的結論。這種數據模式不利于比較替代薄膜和現用薄膜的拉伸強度。

由圖4可見，J-0010包裝膜是典型的韌性材料，拉伸斷裂標稱應變較大。

伸長位移/mm圖4 J-0010膜2型試樣拉伸性能測試曲線

對類似于J-0010包裝膜這種有很高拉伸應變，超過試驗機行程限度的樣品，國家標準GB/T 1040.3—2006給出處理辦法是允許把夾具間的初始距離減少到50 mm。

用2型試樣，夾具間的初始距離減少到50 mm，其余條件不變，再測J-0010包裝膜拉伸強度。J-0010包裝膜試樣在儀器限高內能夠斷裂，但都是在肩部斷裂[13]。肩部斷裂為無效斷裂，得到的數據不應用來分析結果。如果多數的破壞出現在可接受破壞判據以外時，GB/T 1040.3—2006建議這種情況最好用啞鈴型試樣。

J-0010包裝膜沖切出5型啞鈴型試樣，按1.3給出的儀器工作條件測J-0010包裝膜的拉伸強度，試樣在儀器行程限高內斷裂，并且斷裂位置都在標距以內，是有效斷裂。實驗結果見表2，拉伸性能測試曲線見圖5。

表2 J-0010膜5型試樣拉伸性能測試結果

由表2可見，用5型試樣測J-0010包裝膜的拉伸強度，σM=12.6 MPa，拉伸斷裂標稱應變ε=440%。由圖5可見，J-0010包裝膜5次測試都在拉伸機行程限高內斷裂。

用2型試樣和5型試樣分別對J-0010包裝膜進行拉伸實驗，實驗結果表明測試二元乙丙橡膠包裝膜拉伸強度試樣應該選用5型試樣。

伸長位移/mm圖5 J-0010膜5型試樣拉伸性能測試曲線

2.2 拉伸速度的確定

GB/T 1040.3—2006中規定：薄膜的實驗速度為100、200、300和500 mm/min。實驗所用速度也是要確定的測試條件。

1#薄膜沖切出5型試樣，按1.3設置儀器操作條件，試樣分別以100、200、300、500 mm/min的拉伸速度進行實驗，每個拉伸速度平行測定5次。實驗結果見表3。

表3 1#薄膜不同拉伸速度測定的拉伸強度 σM/MPa

由表3可見，在不同的拉伸速度下測得的拉伸強度沒有顯著的變化，表明韌性塑料對拉伸速度的敏感性小，所以可以采用較高的拉伸速度，以縮短實驗周期，提高效率。

ASTM D882—2012表述：拉伸斷裂標稱應變大于100%時，拉伸速度為(500±50) mm/min。實驗中薄膜的拉伸斷裂標稱應變大于400%，所以拉伸強度實驗速度選定為(500±50) mm/min。

2.3 樣品測試

試樣型號和拉伸速度確定后，用5型試樣，500 mm/min的拉伸速度測2#、3#、4#研發膜的拉伸強度，每個樣品平行測定5次，測試結果見表4。

表4 研發薄膜拉伸強度測試結果 σM/MPa

由表4可見，選用5型試樣和500 mm/min的拉伸速度測試薄膜的拉伸強度能夠滿足測試要求，為工藝研究提供分析依據。

3 結 論

(1) 在沒有2型試樣標準切刀的情況下，將切紙機和計算機技術結合，裁切出合格的2型試樣；

(2) 通過比較J-0010包裝膜2型試樣和5型試樣的拉伸強度，測試方法選用5型試樣；

(3) 分別以多種加載速度測試包裝膜的拉伸強度后，實驗選定拉伸速度為(500±50) mm/min，以縮短實驗周期，提高測試效率；

(4) 薄膜拉伸強度實驗方法的建立可以為研究人員提供所需要的分析測試數據。

參 考 文 獻：

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