硫化橡膠和熱塑性彈性體拉伸試驗方法
1 簡述
1.1 本試驗方法包括了硫化熱固性橡膠和熱塑性彈性體拉伸性能的評定方法。本試驗方法不能用來試驗硬質膠和高硬度、低伸長的材料。試驗方法如下：
方法A——直條和啞鈴試樣
方法B——環形試樣
注1——這兩種試驗的結果不可比。
1.2 基于SI或非SI的單位制均視為本標準的標準單位。由于使用不同單位制的結果數值可能不同，因此不同單位應單獨使用，不能混用。
1.3 安全性
2 引用文獻
D 1349 橡膠規范——試驗標準溫度
D 1566 橡膠相關術語
D 3182 橡膠規范——制取標準混煉膠和標準硫化試片的的材料、設備和操作步驟
D 3183 橡膠規范——從成品上制備試片
D 4483 橡膠與碳黑工業種標準試驗方法的測量精度規范
2.2 ASTM 附件
環形試樣的制取，方法B
2.3 ISO 標準
ISO 37 硫化或熱塑性橡膠拉伸應力—應變性能的測定方法
3 術語
3.1 定義
3.1.1 拉伸*變形——試樣在因一定作用下伸長后，在作用力解除的情況下其殘余的變形，以原始長度的百分數表示。
3.1.2 扯斷*變形——將拉斷后的啞鈴試樣以斷面緊貼，測得的*變形。
3.1.3 拉伸力——試樣拉斷過程中產生的zui大力。
3.1.4 拉伸強度——拉伸試樣時使用的應力
3.1.5 定伸應力——規則截面的試樣，拉伸到特定長度時產生的應力。
3.1.6 熱塑性彈性體——一種類似與橡膠的材料，但與普通的硫化膠不同，他可象塑料一樣的被加工和回收。
3.1.7 斷裂伸長——在連續的拉伸過程中，試樣發生斷裂時的伸長率。
3.1.8 屈服點——在應力-應變曲線上，在試樣zui終的破壞前，關于應變的應力變化的速度變為0并且相反的點。
3.1.9 屈服應變——屈服點的應變的水平
3.1.10 屈服應力——屈服點的應力的水平
4 方法描述
4.1 測定拉伸性能的試驗，首先從樣品材料上裁取試樣，包括制樣和試驗兩部分。試樣的外形可以是啞鈴形、環形或直條形，截面形狀規則。
4.2 在試樣未經預伸的情況下測定拉伸強度、定神應力、屈服點、扯斷伸長率。對規正截面試樣的拉伸強度、定神應力、屈服點和扯斷伸長率測定是基于試樣的原始截面積。
4.3 拉伸*變形和扯斷*變形，測量試樣拉伸后經按規定方法回縮后的形變。
5 重點與應用
5.1 本試驗涉及的材料或產品在實際應用過程中必須受拉伸力作用。本試驗即為測定此種拉伸特性。但拉伸性能不直接代表產品zui終使用的全部情況，因為在實際使用中產品需含蓋較廣的潛在使用情況。
5.2 拉伸性能與材料和試驗條件(拉伸速度、試驗溫度和濕度、試樣幾何外形、試驗前調節情況等)有關。因此，盡在相同條件下材料的試驗結果才有可比性。
5.3 試驗溫度和拉伸速度對拉伸性能影響較顯著，需嚴格控制。且影響隨材料不同而不同。
5.4 拉伸*變形代表了試樣的殘余變形，他表示試樣經拉伸和回縮后部分的*變形和部分的回復。因此，拉伸和回縮過程(和其他試驗條件)必須受嚴格控制，以結果的可比性。
6 設備
6.1 拉力機——拉力試驗機應有電力驅動機構以試樣夾頭的分離速度恒定為500±50mm/min，zui小行程為750mm(見注1)。試驗機應有一套適合的測力計和讀數記錄系統，以測量的力偏差在±2%以內。如果試驗機的量程不能改變(例如擺錘式測力計)，那么試樣斷裂時測得力的偏差在測力計滿量程的±2%，且測量的zui小力的精度為10%。如果測力計在直接測量拉伸應力時有自動補償功能，那么在測量過程中應將其對試樣結截面積的補償功能關閉。記錄裝置對力的測量速度應足夠快，并且在試樣破壞的整個過程中應需要的精度。如果試驗機沒有記錄裝置，那么應該有一個指示器用來指示拉伸過程中的zui大力值。試驗體系中應能測量伸長，且zui小的增量為10%。
注1——如果使用的拉伸速度為1000±100mm/min應在試驗報告中注明。如有疑義，試驗應在500mm/min的速度下重新進行。
6.2 高低溫試驗箱——試驗箱應滿足以下要求：
6.2.1 試驗箱內在夾頭和軸的位置上應有環繞的熱流，環繞速度為1到2m/s，溫度保持在要求溫度偏差的2℃范圍內。
6.2.2 應用校準過的測溫裝置在夾頭和軸的附近測量實際溫度。
6.2.3 試驗箱應有排氣通風裝置，以將在高溫中(試樣)釋放的氣體排出到大氣中。
6.2.4 在試驗前試樣應垂直的放置在夾頭和軸附近接受調節。試樣不應相互接觸或與試驗箱壁接觸除了由環繞空氣的攪動引起的瞬間的接觸。
6.2.5 將夾頭適宜的安放以方便在高低溫的環境中操作。這樣在向夾頭中放置啞鈴或直條試樣時盡可能縮短時間，以減少試驗箱溫度的變化。
6.2.6 測力計應適宜在試驗溫度下工作，或則與試驗箱絕熱良好。
6.2.7 試驗箱中應配有伸長測量裝置。如果用尺來測量試樣標距的伸長，尺應在靠近夾頭移動路徑的位置平行于標距放置，并可從試驗箱外進行控制。
6.3 測厚計——厚度計應符合規范D 3767(方法A)的要求。對于環形試樣，見本試驗方法14.10條。
6.4 拉伸*變形的測量——使用如6.1中所述或如圖1示的試驗設備。秒表或其他計時裝置的量程應大于30min，尺或其他測量伸長的裝置的測量精度應在1%內。
7 試樣的選取
7.1 選取試樣時應考慮以下及點
7.1.1在制備和處理過程中，由流動引起的材料的各向異性和取向會影響拉伸性能。因此在制備啞鈴或直條形試樣時，在知道壓延方向的前提下，試樣裁取的方向應平行于壓延方向。對于環形試樣其通常是對取向特性作出一定的平均。
7.1.2 除有特別要求，對于熱塑性橡膠或彈性體，試樣應從厚度為3.0±0.3mm的注射成型的試片上裁取，由其他厚度的試樣得到的試驗結果物可比性。試樣應為垂直和平行成型流動方向的兩組。試片或試板的大小應能滿足試驗要求。
7.1.3 對于環形試樣的伸長可以夾頭的分離來測量，但對于試樣半徑寬度上的伸長分布是不一致的。為了減少這影響，應試樣寬度應小于環形試樣的直徑。
7.1.4 用直條形小、試樣作普通的拉伸試驗時，試樣的破壞一般發生在夾頭中。因此盡當樣品無法制取其他形狀的樣品時才使用直條形試樣。對于非破壞性的應力應變或材料模量實驗，才用直條形試樣。
7.1.4 試樣的尺寸大小取決于材料的要求、試驗設備和試驗用的樣品試片。對于低扯斷伸長率的材料，為力提高測量伸長的精度可使用較長的試樣。
8 試驗設備的校準
8.1 對于測量精度型的測力計按規范E 4的過程A校準試驗機，按照規范E 4的7和18節試驗校準一個或多個力值點。對于擺錘式測力計按以下步驟校準：
8.1.1 將啞鈴試樣的一端放入試驗機上夾頭。
8.1.2 將下夾頭移試驗機從試驗機上移開，也就是說試樣的夾持機構在試驗機的上夾頭。
8.1.3 在下夾頭上安裝鉤子，以持試樣下端
8.1.4 將一個以知重量的砝碼掛到鉤子上，這樣就可以在試樣的下夾具上臨時的施加一定質量(見注2).
8.1.5 開啟夾具移動的監視裝置，在普通的試驗中，保持其持續運行直到砝碼自由的懸掛于試樣上。
8.1.6 如果圓盤或標尺(或者相當于是應力補償的試驗器)不能在規定的精度內指示力值，應*檢查設備的故障(例如軸或其他移動部件的摩擦)。應確定下夾頭和鉤子的質量也被計算在內。
8.1.7 在試驗機的摩擦和其他故障被排除后，再對試驗機進行校準，用以知的砝碼在試驗機滿量程約10、20和50%處測量三點。如果平常試驗時使用棘輪和棘齒，在校準時也應使用他們。通過安裝棘輪來檢查摩擦。
注3——應有防止砝碼從試驗機上掉落的裝置。
8.2 可用彈簧來作大致的快速校準。
9 試驗溫度
9.1 除有其他規定，標準試驗溫度為23±2℃。試樣應至少在23℃溫度下調節3小時。如果材料受濕度的影響，試驗前試樣應在50±5%R.H.的環境中調節24小時以上。如在其他溫度中試驗應使用規范D 1349所列的溫度。
9.2 如試驗在高于23℃的溫度中進行，對于方法A試樣應預熱10±2min；對于方法B應預熱6±2min。在每次試驗間隔前，分別將試樣放如試驗箱，這樣所有的試樣會連續接受相同的預熱時間。高溫下的預熱試驗應受嚴格限制，以防止過硫和熱老化。
注3——警告：除其他警告外，應使用絕熱、絕冷的手套以保護手不受高低溫的傷害。在高溫實驗時應使用面罩以防止實驗箱門打開時吸入有毒氣體。
9.3 對于低溫試驗，試樣應至少預冷10min。
試驗方法A——直條和啞鈴試樣
10 設備
10.1裁刀——裁刀的外形和尺寸應符合圖2所示。裁刀中狹窄部分的內側應于裁刀端面面垂直，并且至少有從裁刀端面起5mm長的部分經過拋光。裁刀外形應保持不變，并無缺損。(見注4)
注4——可通過觀察試樣斷裂點來確定裁刀的情況。將斷裂試樣從夾頭上取下，沿斷裂面拼合，觀察試樣破壞是否發生在相同的位置。如果破壞發生在相同位置，表示裁刀在此位置可能變鈍、缺損或彎曲。
10.2 作標線——在試樣上畫兩條標線用來測量伸長合應變的稱為作標線(見注5)。標線器應包括一個平板，平板上有兩個相互平行的凸起。凸起的表面(與平板表面平行)應有狹長的平面，兩個面保持在同一平面內。凸起的平面寬度為0.05到0.08mm長至少15mm。平板與凸起之間的角度至少為75o。兩凸起平面中心的距離應保持在要求或目標距離偏差的1%內。在標線器的背面或頂部應包含有一個手把。
注4——如果使用接觸式引伸計則無須作標線。
10.3 墨線標志——使用一個扁平堅硬的表面(硬木、金屬或塑料)來制作墨水或墨粉的標距。墨水或墨粉應與試樣粘合牢固，不對試樣產生腐蝕，并且與試樣的顏色形成對比。
10.4 夾頭——試驗計有兩個夾頭，一個與測力計相連。
10.4.1 試驗啞鈴試樣的夾頭應有自緊裝置在夾頭表面產生恒定的壓力，隨著伸長的增加夾持力也增加以防止滑動，并且使破壞發生在試樣的狹窄部分。恒定的氣動夾頭也同樣適用。在夾具的斷部由一特殊部位，可使試樣塞入夾具的長度相同并且應力分布均勻。
10.4.2 用于試驗直條試樣的夾具應有氣動夾具，鉗形口或栓型扣，這樣可將夾具的夾持力均勻的施加在整個試樣寬度上。
11 試樣
11.1 啞鈴試樣——只要有可能，試樣應用注射成型或從厚1.3到3.3mm的試片上裁取?？捎靡环N試驗方法裁取試樣的厚度和尺寸(見規范D 3182)。試片可直接制作或從成品上切割打磨制備。如果試片是從成品上直接制備，那么其表面不應有硬皮或織物等。根據規范D 3183的要求。所有試樣都應是平行于試片長度方向裁取，除非有特別規定。如果試樣是按規范D 3182制備的，其厚度應為2.0±0.2mm，并沿材料取向方向裁切。使用C型裁刀(圖2)，用一簡單的沖壓裝置，并裁切面的光滑。.
11.1.1 標注啞鈴試樣——啞鈴試樣應按10.2中所述劃標線，在劃線時試樣不應受張力。標線應劃在狹窄部分，與試樣中心距離相等并垂直與縱軸。兩標線間距離為：C型、D型試樣為25.00±0.25mm；其它為50.00±0.5mm
11.1.2 啞鈴試樣厚度測量——試樣厚度應測三點，一點在中心兩點在狹窄部分的兩端。取三個值的中值用來計算截面積。如試樣厚度的極差大于0.08，則該試樣作廢。試樣的寬度可按裁刀的工作部位寬度計算。
11.2 直條試樣——如無法從樣品上裁切啞鈴或環形試樣則可裁切直條試樣(如窄帶、小管或細電絕緣材料)。試樣應足夠長能塞進夾具。標距按11.1.1作。從管上計算試驗截面積，應使用管子的質量、長度和密度。截面積按下式計算：
(1)
式中：
A=截面積，cm2
M=質量，g
D=密度，g/ cm3
L=長度，cm
12 步驟
12.1 測定拉伸應力、拉伸強度和屈服點——將啞鈴試樣裝入試驗機的夾具，注意調整試樣夾持對稱，使拉力均勻分布在試樣截面上。這將避免試樣的拉力被高估。除有特殊要求，否則試驗速度為500±50mm/min(見注7)。開動試驗機并注意標線，防止視差的影響。記錄下特殊伸長時和試樣斷裂時的力值。伸長可用引伸計、自動繪圖或光學跟蹤系統測量。試樣斷裂時的伸長率的測量精度在10%以內。計算見13。
注8——如試驗速度為500±50mm/min時試樣的屈服點在20%伸長以下，試驗速度可降低為50±5mm/min。如試樣的屈服點仍在20%伸長以下，試驗速度可降低為5±0.5mm/min。試樣速度應記錄。
12.2 拉伸*變形的測定——將試樣裝入6.1所述的試驗機或裝置中見圖1。注意調整試樣夾持對稱，使拉力均勻分布在試樣截面上。夾頭分離的速度應盡量恒定，使達到規定伸長的時間為15s，保持這一伸長10min。10min后立即釋放載荷，使其自由回復10min，后測量標距內的殘余變形，測量精度為原始距離的1%。使用秒表記錄時間。計算見13
12.3 測定扯斷*變形——試樣在被拉斷10min后，小心的將試樣拼合，測量其標距內的殘余變形，計算見13
13 計算
任何伸長下的強度計算：
(2)
式中
T(XXX)=在伸長(XXX)%時的強度，MPa
F(XXX)=特定伸長時的應力，MN
A=試樣截面積，m2
13.2 屈服強度計算
(3)
式中
Y(stress)=屈服強度，MPa
F(y)=屈服力，MN
A=試樣截面積，m2
13.3 評價屈服點是在應力-應變曲線上，在試樣zui終的破壞前，關于應變的應力變化的速度變為0并且相反的點。
13.4 拉伸強度的計算
(4)
式中
TS=拉伸強度，MPa
F(BE)=斷裂時的zui大力，MN
A=試樣截面積，m2
13.5 計算任何伸長下的伸長率；
(5)
式中
E=伸長百分率(標距內的距離)，%
L=觀察到的試樣標距內距離，mm
L(0)=試樣原始標距長度，mm
13.6 斷裂伸長率是將試樣斷裂時的L代入5式計算得出。
13.7 用5式也可計算*變形，只要將式中的L用10min后的殘余變形代入即可。
13.8 試驗結果——試驗結果用用三個獨立連續進行的試樣的結果的中位值表示。有兩中特例需進行5個試樣的試驗，并報告5個試樣的中位值。
13.8.1 特例1——當試驗中的1個或2個試樣的結果不能滿足特要求的測量值。
13.8.2 特例2——對于仲裁性試驗。
方法B——環形試樣
設備
14.1 裁刀——環形裁刀如圖3示。使用裁刀從平整的試片上裁切環形試樣，將裁刀上軸的一部分安裝入旋轉壓縮裝置，該裝置下可將試片固定在橡膠固定裝置。
14.1.1 刀片深度固定器——固定器中的圓柱形盤，其厚度應至少比要切割的橡膠片的厚度大0.5mm。其直徑應小于試樣的內徑，這樣可從裁刀內調整刀片的突出位置。見圖3
14.2 橡膠固定板——在裁切過程中用來固定橡膠的裝置，上下表面相互平行，用硬質的聚合材料制成(硬質膠、聚氨酯和聚甲基丙烯酸甲酯)。在穿過板的中心位置間隔6到7mm分布這一些直徑約1.5mm的孔。所有這些孔都應與里面的模腔相通，用以減小夾持試片用的空氣壓力。圖4就是裁切時用來夾持標準試片(約150×150×2mm).
14.3 氣壓源——使用真空泵可在夾持器模腔的中心，對試樣保持10kPa的吸力。
14.4 肥皂水——用中性的肥皂水來潤滑裁刀。
14.5 旋轉切割——可用精密的轉孔機或者其它可提供至少30rad/s轉速的設備來切割試片。裁刀旋轉裝置應安裝在水平面上，并有垂直定位器用來支承旋轉連桿和裁刀用的軸。轉軸的偏心距應小于0.01mm。
14.6 內置工作臺——應有一個可分別沿x-y軸移動的工作臺或其它裝置，用來夾持和定位試片，使試片與旋轉裁刀的轉軸向對應。
14.7 拉力試驗機——應符合6.1中所述要求。
14.8 試驗夾具——環形試樣的夾具如圖5示。試驗機應根據8條校準。
14.9 試驗箱——高低溫試驗箱應滿足6.2中的要求。
14.9.1 夾具應不僅能適應常溫下的試驗。但在特殊溫度下，應使用適宜的潤滑有轉軸的潤滑。
14.9.2 測力計應適宜在工作溫度下使用或與試驗箱絕熱良好。
14.10 測厚計——厚度計應符合規范D 3767(方法A)的要求。
測厚計的主要部件，一個圓柱形的上測量面(縱軸沿垂直方向)高至少12mm直徑為15.5±0.5mm。為了適合小環形試樣用直徑15.5mm的測量頭測量，且測量時不會造成試樣的伸長。可將柱形面的底部沿中心截去一半，這樣測量小試樣時就不會有干擾。也可使用曲線形的測量端。
15. 環形試樣
15.1 ASTM環形試樣——有兩種，一般情況下用1形試樣
15.1.1 試樣尺寸
1型
內周長 50.0±0.01mm
內直徑 15.92±0.003mm
徑向寬度 1.0±0.01mm
厚度 1.0~3.3mm
2型
內周長 100.0±0.2mm
內直徑 29.8±0.06mm
徑向寬度 2.0±0.02mm
厚度 1.0~3.3mm
15.2 ISO環形試樣——根據ISO 37試樣分為普通和小型兩種，ISO 37規定了其特定的試驗過程。
普通
內徑 44.6±0.2mm
外徑 52.6±0.2mm
厚 4.0±0.2mm
小型
內徑 8.0±0.1mm
外徑 10.0±0.1mm
厚 1.0±0.1mm
15.3 從管子上裁取環形試樣——環形試樣的直徑的壁厚取絕于管子的壁厚，并應符合產品的要求。
15.4 裁切試樣的制備——將刀片置于裁刀的固定器中，調整刀片深度。將裁刀置于轉壓機中，調整轉軸或工作臺，以使刀片固定器的底部高于試樣夾持板13mm。將轉軸垂直移動的停止器縮定。這樣刀片固定器的端頭正好能刺入板的表面。將試片放入夾持器，減低腔體壓力到10kPa。用中性的肥皂水潤濕試片表面。應恒定的速度降低裁刀后停止，此時裁刀夾持器不應接觸試片。如有必要重新調整刀片深度。將轉軸復位后再進行下次裁切。
15.5 從管子上裁取試樣的制備方法——將管子中插入一個軸，軸的直徑略比管徑大。將軸和管子一起放到機床上。用機床上的刀片或削刀從樣品上裁下要求軸向厚度的試樣。對于薄壁的管子，放平后可使用有兩個平行刀片的裁刀切割。
15.6 環形試樣：
15.6.1 周長——內周長可用錐形或量具測量。在測量過程中不能使用任何應力來改變環形試樣的橢圓率。中位周長可根據內周長、經向寬度和π(3.14)。
15.6.2 徑向寬度——按14.10中的測厚計在試樣的圓周上平均分布三個測量點。
15.6.3 厚度——在裁切環形試樣，圓盤從內圓到外圓的的厚度可按規范D 3767用厚度計測量。
15.6.4 截面積——截面積用徑向寬度和厚度三個測量值的中值計算。對于薄管壁試樣，截面積用裁刀的軸向長度和壁厚計算。
16 過程
.16.1 環形試樣拉伸應力、拉伸強度、斷裂伸長率和屈服點的測定——用適宜的潤滑有潤滑夾具的軸，例如礦物油或硅油。應選擇使用規定的和對材料無影響的。兩夾具軸中心的初始位置的計算和調節按下式：
(6)
式中：
IS=夾具軸中心的初始距離，mm
C(TS)=試樣的周長，對1型試樣為內徑，2型試樣為中為直徑，mm
C(SP)=夾具軸的周長，mm
除有其他要求，試驗速度為500±50媽媽民(見注7和8)。開動試驗機，并記錄力和兩夾具軸的相對位移。斷裂時記錄伸長和應力。計算見17節，
注8——使用ISO 的小環型試樣，實驗速度100±10mm/min。
16.2 在非標準溫度下的實驗——使用6.2中所述的試驗箱，并閱讀注2的警告。對于高于23℃的試驗，試樣在該溫度下預熱6±2min。對于低于室溫的試驗，試樣應在該溫度下調節至少10min。應使用D 1349中的試驗溫度。試片應分別放入試驗箱以滿足9.2的要求。
17 計算
17.1 除一個重要點外，環型試樣的應力應變性能計算與啞鈴或直條試樣相同。環形試樣拉伸時，圓環個邊應力在寬度(從左到右)上的分布是不均勻的。試樣的初始內徑小于初始外徑。因此在試樣拉伸中，內測的應力要大于外側，由初始尺寸不同引起的。
17.2 以下選項可用于計算定伸強度和斷裂強度。
17.2.1 定伸應力——用環形試樣的中位周長計算伸長率。使用中位周長的原因是，他對應于環形試樣個邊上的平均值。
17.2.2 斷裂伸長——用環形試樣的內周長作為計算的基礎，因為其對應于試樣個邊上的zui大應力。這一位置也是試樣破壞發生的起始位置。
17.3 定伸應力的計算按13.1中2式
17.3.1 在2式(13.1)中用來確定力的伸長按下式計算
(7)
式中：
E=伸長，%
L=夾具間距離的增加量，mm
MC(TS)=試樣的中位周長，mm
17.3.2 7式中，定伸時夾具間的距離用下式計算：
(8)
17.4 屈服點按13.2中式3計算
17.5 按13.3來確定屈服應力。由于屈服應力是用來評價材料的總體性能，用中位周長來計算。
17.6 按13.4中4式計算拉伸強度。
17.7 斷裂伸長按下式計算(見注9和10)
(9)
式中：
E= 斷裂伸長，%
L=斷裂時夾具增加的距離，mm
IC(TS)=式樣的初始內周長，mm
17.8 內周長可用于兩種試樣(見15.1.1尺寸)，2型環形試樣的內周長用內徑計算。
注9——盡當夾具的初始間距按式7調節，才可使用式7和8。
注10—在使用本方法時應注意，因為在使用不同尺寸計算1)定伸應力(小于斷裂應力)2)斷裂伸長(見20.1和20.2)時，那些略低于斷裂伸長(4到5%)的伸長下的應力可能會計算不出。
18 報告
18.1 報告應有以下內容：
18.1.1 根據13或17節的計算結果
18.1.2 試樣型號和描述，按13節裁刀型號，用美制、自制或公制單位
18.1.3 實驗日期
18.1.4 試驗速度
18.1.5 試驗室溫濕度
18.1.6 試驗溫度(如不是23±2℃)
18.1.7 如可能，硫化或(和)橡膠制備日期
19 精度于偏差(略)
20 關鍵詞(略)
