塑料包装容器测试技术一

塑料包装容器测试技术(一)

塑料容器测试

塑料容器根据原料和加工成型方法不同分类较多。塑料容器与木材、金属和玻璃陶容器相比具有重量轻、柔软性和弹性良好，耐化学药品腐蚀性强，易成型和批量生产等特点。

为了确保塑料容器的质量，对塑料容器进行测试是必要的。需要测试的项目很多，此讲重点介绍塑料容器力学性能和强度测试，其主要测试项目如图1。

应力－应变试验是所有力学试验中使用最广泛的一种试验，具有一定的实用性。应力－应变曲线与试验类型有关，可通过拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和剪切试验获得。

一、拉伸试验

1基本原理

拉伸试验是在规定的试验温度、湿度与试验速度下，在试样上设轴向施加拉伸载荷，测定应力－应变曲线，直至破坏，如图2所示。

图3所示为以一定的变形速度测定的塑料包装材料各种应力－应变曲线图。图a是脆性材料；图b是硬且塑性的材料；图c是粘弹性材料的典型曲线。

2试验设备

根据拉伸试验机负荷测定的方式不同，拉伸试验机可分为两种：一种是用杠杆和摆锤组合的拉伸试验机；另一种是用转换装置将负荷大小转变为电讯号的自动记录测力系统做成的电子式拉伸试验机。无论哪一种类型的试验机，更换夹具后都可以进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离等各项常规力学性能试验。如附加高低温装置，还可以进行高低温条件下的力学性能测试。

①摆锤式拉伸试验机

该机工作原理如图4所示。试样受力变形时，作用在上夹头的力通过AB和CD两级杠杆传递，带动摆锤绕支点转动而抬起。AB杠杆有两个支点，试样受拉力时以A点为支点，B点脱开；受压力时便会自动更换为B点为支点，而A点脱开。这样无论拉伸和压缩总使摆锤向一个方向摆动。摆杆推动水平齿杆使齿轮和指针转动，指针旋转的角度与试样所受的力成正比。刻度盘上的数字即是试样受力的大小。

加载方法可以采用机动和手摇装置；速度调节可以采用无级变速装置。一般的试验机可以更换3～4种摆锤重量，测力度盘上也对应有3～4种刻度，分别表示其测力3、工作台行程 ：纵向±10mm, 横向±10mm, 升降：12mm;范围。

②电子式拉力试验机

一般电子式拉力试验机的工作原理（如图5）所示。试样变形所承受的力，通过力传感器中的电阻应变片转化为电讯号，经过X－Y记录器的X轴。小变形测量用差动变压器测量，讯号经放大后输入X－Y记录器的Y轴。这样就可以在记录器上自动描绘出载荷－变形曲线；大变形测量是通过装在大变形测量变速箱上的发送自整角机和装在X－Y记录器上的接收自整角机来实现的。

横梁速度的控制和调整是由同步电机、速度给定自整角机、相敏放大、直流电机、电机扩大机组、测速发电机组成的随动系统来完成的。循环装置是使用两个行程开关，使横梁在这两个行程开关所限定的行程内往返运动从而达到变形循环。

3.拉伸试验时常用测量变形的装置

①差动变压器测长计

它是一种接触式的测量变形装置。其原理如图6所示。

它由一个初级线圈W1和两个完全对称的次级线圈W2、W3及一个铁芯所组成。当在初级线圈上加上一个交流电压U时，两个次级线圈中便分别产生感应电势E 1和E 2。E 1和E2的大小是随铁芯位置的改变而变化的。因此，将差动变压器测长计外壳固定在试样一标线上，而与铁芯有联系的一端固定在试样另一标线上，当试样伸长时，铁芯就发生位移，根据E 1、E 2大小的变化，通过放大，在记录器上可以直接读出试样变形的大小。也可以在X－Y记录器上与载荷讯号组成载荷－变形曲线。差动变压器测长计的测量范围一般在0～20mm。

②滑线电阻式测长计

它也是一种接触式的测变形装置。试验时将滑线电阻架上的两个夹子夹在试样的标线上，试样伸长时，带动两个夹子移动，夹子的另一端有滚轮在滑线电阻上滚动，这样两个夹子之间的电阻值也随之改变，通过由滑线电阻组成的测量电桥，可测得试样伸长数值。其测量范围一般在0～300mm。

③镜式引伸仪

镜式引伸仪是一种应用光学原理测量小变形的仪器。它的构造如图7所示。

用弹簧夹将支架4的固定刀刃1和菱形活动刀刃2卡紧在试样上，两刀刃之间的距离l为标准。当试样伸长Δl时，活动刀刃将绕其顶点o转动一个小角度θ，由图8可得出Δl。

Δl=asinθ…… (1)

式中：α为菱形刀刃对角线的长度。

除了上述3种测变形的装置外，还有测量小变形的接触式百分表引伸仪，杠杆式引伸仪等。还有测量大变形的无接触式的光电追踪伸长计，它可以将直至其曲折并有可能断裂测得的伸长数值转化为电讯号与载荷电讯号在记录器上组成载荷－变形曲线。

4影响拉伸强度的因素

①试样尺寸形状的影响

在拉伸试验中，对硬板材料的哑铃形试样来说，选择适当的试样尺寸，应使其断裂时，能断裂在有效部分，否则将会给试验结果带来一些偏差。要使拉伸试样断裂在有效部分，主要是选择适当的过渡圆弧半径和有效宽度。

通常对材料的拉伸性能要求较高的有热收缩膜和拉伸膜等若选择试样过渡圆弧较大，可使应力集中减少， 这对试样断裂在有效长度内有很大好处。但是过渡圆弧半径过大，会使过渡区域占的面积相应增大，从这点上讲，又增加了试样断在非有效部分的可能性。同时过渡圆弧选择得不适当，又会带来一些试样加工中的影响因素。

表1统计了一些玻璃钢材料断裂位置的数据，断裂位置如图9所示。从统计数据看，选用过渡圆弧半径为75mm和100mm差别不大。在试验方法中规定的层压板和其他板材的哑铃形试样的过渡圆弧半径是75mm。

对于板材哑铃形试样宽度的影响，从表2可清楚看出，选用宽度为10mm的试样，其断在有效部分的百分数远远高于宽度为15mm的试样。在试验方法中，规定的层压板和其他板材试样的宽度为10mm。

对于薄膜材料来说，有些方法中曾采用长条形试样，使用长条形试样断在夹头内和有效部分外的机率很多，造成了处理试验结果数据的困难。而拉伸过程中，长条形试样沿拉伸方向出现一些平行的皱纹，而哑铃形试样则十分平展，断在有效部分试样的百分数也较长条形为高，所以在试验方法中规定薄膜拉伸试样采用有效宽度为10mm，过渡圆弧半径为14mm的哑铃形式样。

②试验速度的影响

试验速度对压制、压注、层压板和其他板材的影响：在试验方法中规定了压制、压注、层压板材和其他板材的试验速度为10±5mm/min。在这个试验速度范围内，对拉伸强度值的测定基本上没影响，如图10和图11所示。