ASTM D412 彈性體拉伸測試

ASTM D412 是測定硫化（熱固性）橡膠和熱塑性彈性體拉伸性能的最常用標準。該系列的化合物用於製造各種消費品，例如輪胎、足球和橡皮筋。該系列還生產高度專業化的材料，例如太空梭上的 O 形圈，這些材料必須在極端環境條件下可靠地工作。
本指南旨在向您介紹 ASTM D412 拉伸測試的基本要素，並將概述所需的材料測試設備、軟體和樣品。

ASTM D412 測量材料在拉伸應變下的彈性，以及測試後材料不再受到應力時的行為。 ASTM D412 在萬能試驗機（也稱為拉伸試驗機）上以 500 ± 50 mm/min 的速率進行，直到樣品失效。儘管 ASTM D412 測量許多不同的拉伸性能，但以下是最常見的：
拉伸強度－拉伸樣品至破裂時所施加的最大拉伸應力。
給定伸長率下的拉伸應力－將測試樣本的均勻橫截面拉伸至給定伸長率所需的應力。
極限伸長率－在持續拉伸應力的作用下發生斷裂時的伸長率。
拉伸永久變形－樣品被拉伸並允許以指定方式縮回後剩餘的延伸量，以原始長度的百分比表示。

標本
ASTM D412 描述了兩種測試方法，取決於樣本類型。請注意，這兩種測試方法不會產生相同的結果。測試方法 A 使用「啞鈴」或「狗骨頭」形狀的樣本，而測試方法 B 則設計用於環形樣本。測試方法 A 比測試方法 B 更常用。狗骨樣本必須從注塑片材或板材上模切而成。板材的擠壓方向很重要，因為它會在材料中產生微妙的紋理圖案。為了保持一致性，所有樣品的縱向部分應平行於紋理進行切割。

樣品測量
ASTM D412 測試有六種允許的狗骨試樣類型和兩種允許的切割環試樣類型。最常測試的形狀是模切 C 型狗骨試樣，其要求總長度為 115 毫米（標距長度為 25 毫米）、寬度為 6 毫米、厚度為 3 毫米。試樣的厚度必須測量3次，以中間值作為合格值。
為了確保符合標準，用於 ASTM D412 測試的所有樣本都必須根據 ASTM D3767 使用千分尺進行測量。自動樣本測量設備允許操作員將最多兩個千分尺或測量設備連接到計算機，並將數據直接輸入到軟體中。這消除了操作員輸入錯誤的機會並提高了效率。

樣本對齊
為了正確測試，樣品必須垂直於鉗口面，不得傾斜。樣本未對準可能會導致測試結果發生重大變化，因此應採取適當的措施以確保每次測試時樣本均一致對齊。
解決未對準的一種方法是使用與樣本寬度接近的鉗面，從而相對容易目視調整對準。防止錯位最簡單的方法是使用直接安裝在夾具主體上的樣本對齊裝置。這是一個簡單的桿，提供可調節的停止點，以便操作員可以輕鬆地看到他們的樣本已正確對齊。

握把
一旦將夾具緊固到彈性體樣本上以準備進行測試，就會經常施加不必要的壓縮力。這些力雖然很小，但如果處理不當，可能會幹擾測試結果。重要的是，在插入樣本後不要平衡它們，因為這會導致結果偏移。 Bluehill Universal 材料測試軟體可進行編程，以標準化多個樣本上的力並消除任何鬆弛或壓縮力，確保樣本之間的結果一致。 6800 系列萬能試驗機上提供的樣本保護功能旨在防止在定義測試操作限制之前的測試設定階段對樣本或系統造成損壞。打開後，樣本保護會自動調整橫梁，將任何不需要的力保持在一定限度內。

隨著彈性體樣品拉伸，其厚度會減少。因此，ASTM D412 建議使用自動收緊的夾具。鉗口面上一致且均勻的壓力可確保變薄的樣品在測試過程中不會從夾具中滑落。帶有鋸齒面的側動氣動夾具對於測試彈性體非常有效。使用氣動夾具時，進氣壓力會自動調節，即使在測試過程中樣品厚度發生顯著變化，夾持力也能保持恆定。另一個有效的選擇是使用自緊式滾輪夾具，它在測試過程中使用彈簧對樣品施加恆定壓力。對於使用 ASTM D12 測試方法 B 的用戶，可以使用我們的 O 形環夾具測試 O 形環樣本。這些夾具透過在上部和下部夾具上使用旋轉軸來防止局部應力集中。

引伸計
儘管標準不要求使用引伸計，但建議進行應變測量以獲得最準確和可重複的結果。由於樣本伸長超出標距，基於十字頭行程的應變測量可能不太準確。長行程引伸計設計用於彈性材料，也可透過樣品斷裂來使用。刀刃上的可調式夾緊力可減少樣品過早失效。此引伸計可以從僅一英吋的標距測量高達 3,000% 的應變。
標準或高級視訊引伸計 2 等非接觸式引伸計是彈性材質最理想的選擇。它特別適合易碎或需要環境室進行測試的樣本。非接觸式視訊引伸計具有減少因操作員幹擾而導致的結果差異的額外優勢，並提高具有高吞吐量需求的實驗室的效率。

環境室
根據 ASTM D412 測試的彈性體通常適合未來在非環境條件下使用。由於環境條件對彈性體的拉伸性能有很大影響，因此必須注意確保測試條件模擬預期的最終用途應用的條件。測試速度、溫度、濕度、樣品尺寸和預測試條件都會對測試結果產生顯著影響，必須對其進行控制，以便測試產生有用的數據。為了確保這些元素模擬材料的最終用途應用，ASTM D412 經常在可以使用加熱或冷卻（液態氮或二氧化碳）的環境室內進行。

環境室使操作員能夠在整個測試期間監控室內的溫度。此外，可以設定浸泡時間和溫度，以確保所有樣品在測試開始前都得到適當的調節。