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斷裂拉伸強(qiáng)度 TSb檢測

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發(fā)布時間：2025-08-06 15:22:10 更新時間：2025-08-05 15:22:10

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

斷裂拉伸強(qiáng)度 (TSb) 檢測

斷裂拉伸強(qiáng)度（Tensile Strength at Break, TSb）是評估材料在拉伸負(fù)荷作用下直至斷裂時所能承受的最大應(yīng)力的關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)。它對于理解材料在拉伸方向上的極限承載能力、預(yù)測其在服役條件下的失效行為以及進(jìn)行材料選型和產(chǎn)品設(shè)計至關(guān)重要。TSb 廣泛用于表征聚合物材料（如塑料、橡膠、薄膜、纖維）、復(fù)合材料、金屬材料、陶瓷材料等多種工程材料的性能。該指標(biāo)直接反映了材料抵抗外力拉伸破壞的內(nèi)在強(qiáng)度，是質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)、失效分析和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合性驗(yàn)證中必不可少的檢測項(xiàng)目。

檢測項(xiàng)目

斷裂拉伸強(qiáng)度 (TSb) 檢測的核心目標(biāo)是精確測定試樣在單軸拉伸條件下，其標(biāo)距部分發(fā)生完全斷裂瞬間所承受的最大拉伸應(yīng)力。該應(yīng)力值由斷裂時刻記錄的峰值拉力（F）除以試樣的原始最小橫截面積（A?）計算得出，單位為兆帕（MPa）或牛頓每平方毫米（N/mm2）。

除了TSb本身，該測試通常還能同步獲取其他相關(guān)的重要性能參數(shù)，例如：

斷裂伸長率 (εb)： 試樣斷裂時標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距長度的百分比。
彈性模量 (E)： 材料在彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值，表征材料的剛度。
屈服強(qiáng)度： 對于有明顯屈服點(diǎn)的材料，指材料開始發(fā)生顯著塑性變形時的應(yīng)力。
應(yīng)力-應(yīng)變曲線： 完整描繪材料從開始加載到最終斷裂全過程的行為。

檢測儀器

進(jìn)行斷裂拉伸強(qiáng)度測試的核心設(shè)備是萬能材料試驗(yàn)機(jī)（Universal Testing Machine, UTM）。該設(shè)備主要包含以下關(guān)鍵部件：

主機(jī)框架： 提供穩(wěn)固的支撐結(jié)構(gòu)。
動力系統(tǒng)： 通常由伺服電機(jī)驅(qū)動，可精確控制移動橫梁（十字頭）的運(yùn)動速度和位移。
負(fù)荷傳感器： 核心測力元件，安裝在固定橫梁或移動橫梁上，用于實(shí)時、高精度地測量施加在試樣上的拉伸力（F）。其精度直接影響TSb結(jié)果的可靠性。
夾具：
- 類型： 根據(jù)試樣類型（啞鈴型、條狀、薄膜、線材等）和特性（如硬度、表面摩擦系數(shù)）選擇合適的夾具。常用類型包括機(jī)械楔形夾具、氣動平推夾具、螺紋夾具、纏繞夾具（用于線材）等。
- 要求： 必須保證在測試過程中試樣在夾具內(nèi)牢固夾持，避免打滑或產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中而導(dǎo)致在夾持部位過早斷裂。夾具的對中性也至關(guān)重要。
引伸計：
- 作用： 直接、高精度地測量試樣標(biāo)距段在拉伸過程中的變形（伸長量 ΔL）。對于準(zhǔn)確計算應(yīng)變、彈性模量和繪制精確的應(yīng)力-應(yīng)變曲線不可或缺。
- 類型： 接觸式（如刀口式、夾持式）和非接觸式（如視頻引伸計、激光引伸計）。視頻引伸計尤其適用于微小試樣、易損試樣或需要全場應(yīng)變分析的場合。
控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 控制試驗(yàn)速度、模式（位移控制、負(fù)荷控制、應(yīng)變控制），實(shí)時采集負(fù)荷、位移、變形（來自引伸計）等數(shù)據(jù)，并生成報告。
環(huán)境箱（可選但有時必需）： 用于在非標(biāo)準(zhǔn)溫度或濕度條件下進(jìn)行測試，以滿足特定標(biāo)準(zhǔn)要求或模擬實(shí)際使用環(huán)境。

檢測方法

斷裂拉伸強(qiáng)度 (TSb) 的檢測遵循標(biāo)準(zhǔn)化的測試程序，主要步驟如下：

試樣制備：
- 嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，從材料或產(chǎn)品上裁取或注塑成型具有特定形狀和尺寸的試樣。最常見的類型是啞鈴型試樣（Dog-bone specimen）。
- 精確測量試樣標(biāo)距段的原始寬度和厚度（至少測量三點(diǎn)取平均值），計算原始最小橫截面積（A?）。精確測量原始標(biāo)距長度（L?）用于計算應(yīng)變。
- 試樣邊緣應(yīng)光滑無缺口、無缺陷。
儀器校準(zhǔn)與設(shè)置：
- 根據(jù)預(yù)期最大負(fù)荷選擇合適的負(fù)荷傳感器量程。
- 安裝并校準(zhǔn)引伸計（若使用）。
- 選擇合適的夾具并牢固安裝在試驗(yàn)機(jī)上。
- 設(shè)置測試參數(shù)：
  - 試驗(yàn)速度： 這是關(guān)鍵參數(shù)，必須嚴(yán)格依據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。常見的速度依據(jù)試樣類型和材料而定（如 1 mm/min, 5 mm/min, 50 mm/min, 500 mm/min 等）。
  - 數(shù)據(jù)采集頻率： 保證能捕獲到斷裂瞬間的峰值負(fù)荷。
  - 環(huán)境條件： 在規(guī)定的溫度和濕度下進(jìn)行測試（通常是實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)溫濕度 23±2°C, 50±10% RH）。若非標(biāo)準(zhǔn)條件，需使用環(huán)境箱。
裝夾試樣：
- 將試樣小心、垂直地裝入上下夾具的中心位置，確保試樣的縱軸與拉伸力的方向一致。
- 夾緊夾具，確保試樣牢固夾持且不發(fā)生扭曲。
- 小心安裝引伸計到試樣的標(biāo)距段上（如果標(biāo)準(zhǔn)要求使用接觸式引伸計）。
預(yù)加載（可選）： 對一些材料或標(biāo)準(zhǔn)要求，可能會施加一個微小的預(yù)負(fù)荷（如試樣標(biāo)稱應(yīng)力的1%）以消除間隙和初始彎曲。
進(jìn)行測試：
- 啟動試驗(yàn)機(jī)，以設(shè)定的恒定速度拉伸試樣。
- 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時記錄負(fù)荷（F）、橫梁位移（Δd）和/或引伸計測量的變形量（ΔL）。
測試終止與數(shù)據(jù)記錄：
- 持續(xù)拉伸直至試樣完全斷裂。
- 測試系統(tǒng)自動記錄斷裂瞬間的峰值負(fù)荷（F_max 或 F_b）。
- 記錄斷裂伸長率（εb）。
- 如適用，記錄應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
計算結(jié)果：
- 斷裂拉伸強(qiáng)度 (TSb)： TSb = F_b / A? (單位：MPa 或 N/mm2)
- 斷裂伸長率 (εb)： εb = [ (L_b - L?) / L? ] × 100% (L_b為斷裂時標(biāo)距長度，通常由引伸計數(shù)據(jù)確定)
報告： 報告中應(yīng)包含試樣信息、測試標(biāo)準(zhǔn)、測試條件（溫濕度、速度）、TSb值、εb值、試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計分析（如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差）以及任何偏離標(biāo)準(zhǔn)的情況。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

斷裂拉伸強(qiáng)度 (TSb) 的測試必須嚴(yán)格遵循國際、國家或行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保測試結(jié)果的可比性、準(zhǔn)確性和可靠性。以下是一些常用的標(biāo)準(zhǔn)（具體選擇取決于材料類型和產(chǎn)品應(yīng)用）：

塑料：
- ISO 527-1, ISO 527-2： 塑料 - 拉伸性能的測定（國際標(biāo)準(zhǔn)，適用廣泛）。ISO 527-2 規(guī)定了不同試樣類型的測試方法。
- ASTM D638： 塑料拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，廣泛采用）。
- GB/T 1040.1, GB/T 1040.2： 塑料拉伸性能的測定（中國國家標(biāo)準(zhǔn)，等效采用ISO 527）。