ASTM D638: Hướng dẫn chính xác về kiểm tra độ bền kéo của nhựa

ASTM D638 là một trong những thông số kỹ thuật về độ bền dẻo phổ biến nhất và bao gồm các đặc tính kéo của nhựa không gia cố và gia cố. Phương pháp thử nghiệm này sử dụng các mẫu có hình dạng “xương chó” tiêu chuẩn có độ dày dưới 14mm. Cần có một máy kiểm tra vạn năng (máy kiểm tra độ bền kéo) để thực hiện việc kiểm tra này.

Quy trình đo

ASTM D638 được thực hiện bằng cách tác dụng lực kéo lên mẫu thử và đo các đặc tính khác nhau của mẫu dưới ứng suất. Nó được tiến hành trên một máy thử nghiệm đa năng (còn gọi là máy thử độ bền kéo) với tốc độ kéo từ 1 đến 500 mm/phút cho đến khi mẫu thử bị hỏng (mất khả năng đàn hồi hoặc đứt). Mặc dù ASTM D638 đo nhiều đặc tính kéo khác nhau, nhưng sau đây là những đặc tính phổ biến nhất:

• Độ bền kéo – lượng lực có thể tác dụng lên nhựa trước khi nó mất khả năng đàn hồi hoặc bị đứt.
• Mô đun kéo – vật liệu có thể biến dạng (co giãn) đến mức nào trước ứng khi nó bị uốn cong. Mô đun là thước đo độ cứng của vật liệu.
• Độ giãn dài – sự gia tăng chiều dài cữ sau khi đứt chia cho chiều dài cữ ban đầu. Độ giãn dài lớn hơn cho thấy độ dẻo cao hơn.
• Tỷ lệ Poisson – thước đo mối quan hệ giữa độ giãn của vật liệu và độ mỏng của vật liệu trong quá trình kéo giãn.

Khi nào đo theo tiêu chuẩn ASTM D638 là phù hợp?

Có nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau cho các loại nhựa khác nhau. ASTM D638 chỉ áp dụng cho các mẫu nhựa cứng có độ dày từ 1,00 mm đến 14 mm. Nếu mẫu của bạn là một tấm hoặc màng có độ dày dưới 1,00 mm thì mẫu đó phải được kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D882. Mặc dù nó cung cấp kết quả tương tự như ISO 527-2, nhưng ASTM D638 không được coi là tương đương về mặt kỹ thuật do sự khác biệt về kích thước mẫu và yêu cầu thử nghiệm. Trong khi một số nhà sản xuất đa quốc gia lớn thử nghiệm cả tiêu chuẩn ASTM D638 và ISO 527-2, hầu hết khách hàng của chúng tôi đều thể hiện sự ưa thích đối với tiêu chuẩn này hoặc tiêu chuẩn kia dựa trên vị trí địa lý của họ. Các nhà sản xuất Bắc Mỹ thường kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM D638 trong khi các nhà sản xuất ở Châu Âu và Châu Á chủ yếu kiểm tra theo tiêu chuẩn ISO 527-2.

Hệ thống kiểm tra

Hầu hết thử nghiệm ASTM D638 được thực hiện trên máy kéo nén vạn năng để bàn chẳng hạn như Máy Kéo Nén Vạn Năng/ Universal Testing Machines 5KN, model 5ST. Hệ thống 5 kN hoặc 10 kN (1125 hoặc 2250 lbf) là phổ biến nhất, nhưng khi nhựa gia cố và vật liệu tổng hợp tăng cường độ, bắt buộc sử dụng thiết bị có công suất cao hơn – chẳng hạn như hệ thống 25 kN hoặc 50 kN.

Ngàm kẹp

Việc giữ chặt các mẫu vật thí nghiệm là rất quan trọng. Các loại kẹp khí nén với bề mặt hàm răng cưa thường là lựa chọn tốt nhất để giữ nhựa cứng. Với kẹp khí nén, lực kẹp được duy trì bởi áp suất không khí, áp suất này vẫn giữ nguyên ngay cả khi độ dày của mẫu vật thay đổi đáng kể trong quá trình thử nghiệm. Đối với lực trên 10 kN, thường chỉ gặp ở các vật liệu gia cố, kẹp dạng wedge được ưa chuộng hơn.

Hình 1: Ngàm kẹp kiểu khí nén

Hình 2: Ngàm kẹp dạng Wedge

Bộ đo độ giãn dài

Mô đun đàn hồi – mức độ giãn hoặc biến dạng của mẫu trước lực kéo – là một trong những loại dữ liệu quan trọng nhất được thu thập bằng thử nghiệm độ bền kéo nhựa ASTM D638. Người dùng cần một thiết bị đo biến dạng thích hợp – máy đo độ giãn – để thu thập dữ liệu này. Máy đo độ giãn để đo mô đun phải tuân theo tiêu chuẩn ASTM E83 Loại B-2.

Có sẵn một số tùy chọn máy đo độ giãn tùy thuộc vào nhu cầu của phòng thí nghiệm của bạn. Loại cơ bản nhất là máy đo độ giãn kẹp model 100R. Tinius Olsen model 100R là máy đo độ giãn dài cao được thiết kế để đo ‘độ giãn’ của nhiều loại vật liệu bao gồm chất đàn hồi và nhựa không cứng.

Hình 3: Bộ đo độ giãn dài 100R

Chiều dài đo ban đầu hoặc chiều dài thước đo có thể được thay đổi để phù hợp với kích thước mẫu hoặc tiêu chuẩn thử nghiệm đang được áp dụng. Thiết kế độc đáo đảm bảo lực theo dõi các thử nghiệm các vật liệu độ nhạy thấp, cũng như kết cấu chắc chắn có thể dễ dàng chịu được lực giải phóng cao và năng lượng phá vỡ với một số mẫu nhất định. Thiết kế này cũng kết hợp một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả trong đó các bộ phận theo của máy đo độ giãn được gắn vào mẫu, cho phép thực hiện thử nghiệm nhanh chóng.