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（來(lái)源：鏈塑網(wǎng)）

上一次，我們與大家共同探討了如何測(cè)定塑料的斷裂拉伸強(qiáng)度。

今天，我們把目光轉(zhuǎn)向另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)——屈服拉伸強(qiáng)度，它對(duì)于理解材料的承壓與形變行為同樣至關(guān)重要

屈服拉伸強(qiáng)度：定義、比較與解讀

什么是屈服拉伸強(qiáng)度？

當(dāng)對(duì)材料施加拉力時(shí)，其首先經(jīng)歷彈性變形——卸載后可恢復(fù)原形；隨著應(yīng)力增大，進(jìn)入塑性變形階段，即“屈服”——此時(shí)即使卸載，材料也無(wú)法完全復(fù)原，已形成新的永久形狀；最終材料斷裂，對(duì)應(yīng)極限拉伸應(yīng)力或斷裂點(diǎn)。

屈服拉伸強(qiáng)度（TS），亦稱屈服拉伸應(yīng)力，是指塑料在屈服點(diǎn)所能承受的應(yīng)力值，即應(yīng)變?cè)黾硬辉儆蓱?yīng)力增加驅(qū)動(dòng)的臨界狀態(tài)。該參數(shù)對(duì)需承受拉伸或張力的應(yīng)用場(chǎng)景尤為重要。

屈服強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度

在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，屈服強(qiáng)度表現(xiàn)為曲線偏離線性段的起始點(diǎn)。由于精確判斷線性終止點(diǎn)較為困難，工程上通常采用0.2%偏移法（Offset Method）來(lái)確定屈服強(qiáng)度——即應(yīng)力-應(yīng)變值偏離理想線性關(guān)系0.2%處的應(yīng)力值。

主要區(qū)別如下：

• 屈服強(qiáng)度：材料在不產(chǎn)生永久變形（長(zhǎng)度變化≤0.2%）前提下所能承受的最大應(yīng)力；

• 拉伸強(qiáng)度：材料在拉伸過程中斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。

解讀拉伸強(qiáng)度的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

當(dāng)拉伸力作用于物體時(shí)，物體會(huì)伸長(zhǎng)，其在彈性變形區(qū)域的行為可以通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得。這被稱為胡克定律。力產(chǎn)生的伸長(zhǎng)不僅取決于材料，還取決于物體的其他因素（例如長(zhǎng)度、厚度等）。

什么是應(yīng)力？

應(yīng)力定義為塑料單位面積上所承受的力，單位為Nm?2或Pa。計(jì)算拉伸應(yīng)力的公式為：

σ = F/A

其中，σ 是應(yīng)力（牛頓/平方米或帕斯卡），F(xiàn) 是力（牛頓，通?？s寫為N），A 是樣品的橫截面積。

什么是應(yīng)變？

應(yīng)變定義為每單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。由于它是長(zhǎng)度的比值，因此應(yīng)變沒有單位。

ε = ΔL/L?；ΔL = L - L?

其中，L?是桿的原始長(zhǎng)度，L是拉伸后的長(zhǎng)度，ΔL是桿的伸長(zhǎng)量（即兩者之差）。

應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線如何測(cè)量拉伸強(qiáng)度？

當(dāng)物體受到拉伸力作用時(shí)，會(huì)發(fā)生伸長(zhǎng)變形。在彈性變形區(qū)域，可通過應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線獲取材料的受力行為，這一規(guī)律被稱為胡克定律。力所產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量取決于塑料材料本身及物體的尺寸。

應(yīng)力的定義

應(yīng)力指塑料單位面積上所承受的力，單位為牛 / 平方米（N/m2）或帕斯卡（Pa）。

公式：σ = F/A其中：

• σ 代表應(yīng)力

• F 代表作用力

• A 代表試樣的橫截面積

應(yīng)變的定義

應(yīng)變指單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，由于是長(zhǎng)度比值，應(yīng)變無(wú)單位。

公式：ε = ΔL/L?；ΔL = L-L?

其中：

• ε 代表應(yīng)變

• L? 代表被拉伸棒材的原始長(zhǎng)度

• L 代表拉伸后的長(zhǎng)度

• ΔL 代表棒材的伸長(zhǎng)量，即上述兩種長(zhǎng)度的差值

  
  

影響拉伸強(qiáng)度的因素及其應(yīng)用

哪些因素影響塑料的拉伸強(qiáng)度？

塑料的拉伸強(qiáng)度受到若干分子和結(jié)構(gòu)特性的影響。這些特性決定了聚合物鏈的相互作用方式以及對(duì)施加應(yīng)力的響應(yīng)。它們共同定義了材料在負(fù)載下抵抗變形和失效的能力。聚合物強(qiáng)度還受以下因素支配：

分子量

聚合物強(qiáng)度隨分子量增加而提高，并在達(dá)到某一分子量值時(shí)趨于飽和。

• 分子量較低時(shí)：聚合物鏈通過較弱的范德華力松散結(jié)合，鏈段易于移動(dòng)。這導(dǎo)致強(qiáng)度較低，即使存在結(jié)晶度。

• 分子量較高時(shí)：聚合物鏈變得更大，從而發(fā)生交聯(lián)，賦予聚合物更高的強(qiáng)度。

交聯(lián)

交聯(lián)限制了鏈段的運(yùn)動(dòng)，從而提高了聚合物的強(qiáng)度。

結(jié)晶度

聚合物的結(jié)晶相能提高強(qiáng)度。因此，分子間作用力更為顯著。聚合物的變形可導(dǎo)致更高強(qiáng)度，從而使分子鏈取向排列。

其他因素

影響熱塑性塑料拉伸強(qiáng)度值的其他因素包括：

• 測(cè)試速度

• 纖維取向程度

• 溫度

• 填料含量等

屈服強(qiáng)度的應(yīng)用

對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用而言，屈服應(yīng)力通常是比極限拉伸強(qiáng)度更重要的性能，因?yàn)橐坏┏^屈服點(diǎn)，結(jié)構(gòu)就已發(fā)生超出允許范圍的變形。屈服拉伸應(yīng)力是重要的力學(xué)性能之一，其應(yīng)用將在下文詳細(xì)討論。

材料選擇

工程師利用屈服強(qiáng)度來(lái)為必須承受特定載荷而不發(fā)生永久變形的結(jié)構(gòu)和零件選擇合適的材料。這有助于設(shè)計(jì)安全且功能性的組件，例如梁、緊固件和薄膜。

結(jié)構(gòu)工程與機(jī)械工程

拉伸性能為塑料工程設(shè)計(jì)提供了有用的數(shù)據(jù)。它通常在開發(fā)新材料和新工藝時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以便比較不同的材料和工藝。用于設(shè)計(jì)橋梁、建筑物、汽車部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和機(jī)械部件。在此，屈服強(qiáng)度確保材料能夠安全承受工作應(yīng)力。它定義了承載能力并防止在工作條件下失效。

質(zhì)量控制與分析

制造商通過測(cè)試屈服強(qiáng)度來(lái)確保塑料、復(fù)合材料和金屬材料的批次間一致性。這有助于檢測(cè)缺陷或不正確的加工（例如，在熱處理鋼或模塑聚合物中）。它常被納入材料規(guī)格以確保質(zhì)量。

終端使用性能預(yù)測(cè)

用于預(yù)測(cè)材料在非單軸拉伸形式載荷下的行為。能夠進(jìn)行失效分析，并確定產(chǎn)品在拉伸、沖擊或彎曲（如包裝薄膜、塑料部件或保護(hù)涂層）下的表現(xiàn)。有助于在需要兼具韌性和成型性的應(yīng)用中平衡強(qiáng)度與延展性。

如何測(cè)量拉伸強(qiáng)度？

拉伸強(qiáng)度的測(cè)量單位

拉伸強(qiáng)度以單位橫截面積上所受的力來(lái)度量。其單位是牛頓/平方米 (N/m2)。在國(guó)際單位制中，拉伸強(qiáng)度的單位如下：

• 帕斯卡（Pa）

• 兆帕斯卡（MPa）

• 吉帕斯卡（GPa）

在美國(guó)，為了方便起見，常用的單位是磅力/平方英寸 或千磅/平方英寸。

測(cè)量拉伸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)

拉伸測(cè)試測(cè)量的是使試樣斷裂所需的力，以及試樣在斷裂點(diǎn)處的伸長(zhǎng)或延伸程度。通常，應(yīng)用拉伸測(cè)試方法來(lái)測(cè)量塑料的拉伸性能。常用的方法是 ASTM D638 和 ISO 527-1:2012。

ASTM D638 和 ISO 527 測(cè)試方法均涵蓋了在規(guī)定條件下，以標(biāo)準(zhǔn)啞鈴形試樣形式測(cè)定塑料和塑料復(fù)合材料拉伸性能的程序。規(guī)定的條件可包括預(yù)處理、溫度、濕度和試驗(yàn)機(jī)速度等。

當(dāng)然也存在其他多種方法，但此處不作討論。

• ASTM D638：塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法。ASTM D638 的測(cè)試速度由材料規(guī)格確定。

• ISO 527：ISO 527-1:2012 有助于確定拉伸性能的一般原則。ISO 527 的測(cè)試速度通常為 5 或 50 毫米/分鐘（用于測(cè)量強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率），以及 1 毫米/分鐘（用于測(cè)量模量）。

上述測(cè)試方法用于研究測(cè)試試樣的拉伸行為。引伸計(jì)是一種用于測(cè)量物體長(zhǎng)度變化的裝置。它對(duì)于應(yīng)力-應(yīng)變測(cè)量和拉伸測(cè)試非常有用。

附加信息

拉伸測(cè)試結(jié)果還可以計(jì)算出以下性能：

• 斷裂拉伸強(qiáng)度

• 拉伸模量

• 應(yīng)變

• 屈服伸長(zhǎng)率及屈服伸長(zhǎng)百分比

• 斷裂伸長(zhǎng)率及斷裂伸長(zhǎng)百分比

塑料的屈服拉伸強(qiáng)度值

聚合物的拉伸屈服強(qiáng)度會(huì)因分子量、結(jié)晶度、溫度和應(yīng)變速率的不同而有顯著差異。對(duì)于塑料而言，其屈服強(qiáng)度通常低于金屬和陶瓷。這反映了其粘彈性分子結(jié)構(gòu)以及在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。

填充和增強(qiáng)體系通常表現(xiàn)出增強(qiáng)的屈服行為。這是由于基體相和填料相之間改善了載荷傳遞。而無(wú)定形熱塑性塑料的屈服應(yīng)力通常低于半結(jié)晶聚合物。