塑料管材拉伸性能制樣方法探討

吳飛 胡祥松 王先橋

斷裂伸長率是對塑料管材柔韌性優劣最直觀的考量。通過對管材斷裂伸長率的測定，來考查管材對地基不均勻沉降的適應能力，是管道系統安裝后可靠性的重要參考。GB/T8804.3-2003《熱塑性塑料管材拉伸性能測定第3部分 聚烯烴管材》標準中，規定壁厚大于12mm的管材應采用機械加工方法制樣。實際試驗中常因機械加工制備的試樣拉伸面不夠平整、呈波浪形，導致拉伸時有局部開裂、數據不穩定、結果失真的情況發生。鑒于試驗實際情況出現的問題現就常用的Ⅰ型拉伸樣條制樣方法進行探索。

一、制樣方法對拉伸產生的不利因素

沖裁制樣：優點樣條平滑、一體成型拉伸面平整，缺點受壁厚影響，厚壁樣品不易沖裁或沖裁出現變形。

機械加工：常見為銑刀切割，優點在于壁厚局限性小、省力，樣品形狀切割不變形，缺點為樣條切面為波浪形平面不平滑，拉伸容易出現裂口。

銑刀制樣因其工作原理為周期性旋轉切割，雖然高速旋轉切割減小了周期中間的間隔缺陷，但因為這短暫的間隔實際切面是呈波浪形的。制出的試樣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勻，導致局部由不平整面迅速由外向內演變成裂口致使試驗結果失真。

沖裁制樣對于厚壁樣品難點在于：一是沖裁阻力大切不透，二是沖裁樣條變形。變形是沖裁制樣過程中裁刀受擠壓拉伸平行部分變窄。最終沖裁出的樣條上切面是標準10毫米寬下切面可能就只有9毫米或8毫米寬，樣品呈倒梯形（ ）。沖裁制樣是一次成型樣品四面受力同時切除，力的作用是相互的壁厚越大切除阻力越大裁刀受壓越大，變形程度越嚴重。切不透是沖裁制樣一般為人力施壓，施壓不均勻一次性切不透，二次施壓沖裁制出的樣條在中部會出現切痕不利拉伸。大壁厚沖切阻力過大人力施壓已經非常困難，再就是沖壓機中間承壓螺母為鑄鐵制造，多人施壓承壓螺母受力過大易碎裂致使沖裁失敗。解決機械制樣波形拉伸面的問題，沖裁方法的裁刀變形、沖裁阻力問題，將能制備出更完美的試驗樣條使拉伸試驗數據更加真實客觀的反應產品質量。

二、如何消除制樣不利因素的兩種探索

基于以上分析思考分步制樣可以有效解決問題。增加一個中型樣條，以大化小先粗裁再精裁。粗裁留好余量先消除多余部分減小阻力，再精裁成型。具體操作如下：

1、利用已有工具進行分步制樣，第一步以銑刀粗裁出中型樣條，中樣條的裁切余量以保障標準樣尺寸為基本，方便精裁為要點靈活把握。第二步以標準裁刀進行沖裁切除最后幾毫米的薄皮，這樣既可以消除銑刀周期性切割造成的波形面問題又解決了切除量太大切不透、變形的問題。

2、直接增加特制中型裁刀（如圖2）。第一步制取待用的長方形樣片，長度略短于中型裁刀以消除端頭的切割阻力，寬度略寬以保證中部平行。中型裁刀裁制出的樣條尺寸上比標準樣條寬10mm，第二步將標準裁刀放在中型樣條正中間進行加工，平行面切除量約為5mm的薄片同樣也可以裁出標準樣。方法2制樣耗時較1大大降低更快捷、更高效。

三、分步制樣的拉伸效果

兩種分步制樣方法的主要區別是對粗裁的處理方式不一樣，最后的精裁都是以標準裁刀進行沖裁得到拉伸樣條。粗裁只是減輕了精裁難度對拉伸不會造成負面影響，精裁得到的都是同一標準樣，所以將以兩種混合制樣與單獨的機械銑刀制樣進行拉伸效果比較。

同一樣品不同制樣方法的拉伸曲線對比圖如下：

從圖可以看出精裁制樣的拉伸數據相對穩定，各單獨數據相近，表現更真實。銑刀制樣的拉伸異常數據相對偏高，根據對異常數據拉伸時的觀察是機械制樣的缺陷造成的局部開裂致使拉伸提前斷裂。塑料管材的拉伸斷裂原因有很多：熔融擠塑時形成的氣泡、原材料中的雜質、成型時的沙眼、廢舊回塑料添加過多、混合不均勻的分層斷裂、試樣的外部損傷缺陷等等諸多因素。試驗時如果沒有認真的觀察試樣就有可能誤判成產品質量問題造成的斷裂，錯誤的將無效數據判斷成正常拉伸將導致結果失真。即使能有效區分斷裂問題，剔除樣條的外部缺陷造成的無效數據，試驗數量勢必要增加、樣條要多制備、拉伸次數更多耗時更長，這樣得出的結果數據雖然沒有問題，機械制樣拉伸也能真實反應產品質量情況，但是工作不夠高效。通過拉伸試驗分析對比，分步沖裁制樣不但制樣快捷高效，拉伸數據還更穩定，試驗證明分步制樣法是可行的且優勢明顯。建議在GB/T8804標準中加入符合試驗要求的分步制樣法。