塑料薄膜和片材初始耐撕裂强度之检验标准 (ASTM D1004-94a)

（本文仅供学习参考用，不负任何责任）
塑料薄膜和片材初始耐撕裂强度之检验标准
1. 应用范围
1.1 本检验标准用于测定柔性薄膜和片材在较低拉伸速率下，如51mm/min (2in/min) 时的耐撕裂强度。本标准就是用于测试撕裂试样时需要的拉力。在本测试中所用的试样几何形状，决定在试样小面积上，会出现应力集中现象。最大应力一般发生在撕裂开始的时候，即为耐撕裂强度,单位为牛顿（或磅力）。
1.2 SI制单位即作为标准单位。括号内的数值仅供参考。
1.3 本标准不适用于解决所相关的所有安全问题，仅涉及到它的应用。 建立相关的安全健康规则和使用前相关规定是使用者的责任。规定2给出了相关的安全参考文献。

2.参考文献
D 374电器固态绝缘件厚度的检测方法。
D 618检测电器和塑料绝缘件条件的实施方法。
D 882薄塑料片材的拉伸测试方法。
D 4000塑料材料的分类方法。
E 4 试验机的负荷校正方法。
E 691 在实验室间进行测试精密度的检测方法。

3. 重要性及应用
3.1塑料薄膜或片材的耐撕裂性能是塑料的一项比较复杂的功能。调节试样的几何形状和测试的速度（测试速率要远小于平时塑料使用中会碰到的剪切速率），使在塑料很小的面积上产生应力集中现象。
3.2 本测试方法提供了具有类似结构的塑料样品的耐撕裂强度的相对比较信息。实际测试塑料的耐撕裂强度与本测试的数据结果无关。
3.3 塑料薄膜和片材的耐撕裂强度（实际上部分的取决于样品的厚度），与样品的厚度没有简单的联系。因此，撕裂应力（单位：牛顿或磅力）不能用于厚度相差很大的测试试样。如果以此作为试样的耐撕裂强度，会产生误导数据。从本测试标准得到的数据，必须是样品的厚度在样品的平均厚度（或表观厚度）±10%范围内。因此，用于撕裂样品的耐撕裂应力表述为牛顿（或磅力）。
3.4测试很多的材料的某一性能指标时，可能要使用本测试，但是也可参考其指标要求对测试作一些 程序上的更改。因此建议使用本测试方法前，先参考材料的性能指标。D4000中的表1列出了当前存在的ASTM材料标准。。

4. 仪器
4.1 测试机——使用下列任一类型的电机驱动测试机：
4.1.1静态过磅——具有稳定分离速率的夹具分离模式——上夹具的移动可以忽略。
4.1.2摆锤过磅——恒定的速度电动夹具模式——下夹具以较低的速度移动，而上夹具移动速度可调（注2）。除非没有要求十字拉伸速率为51毫米(2英寸)/分钟，测试机必须符合D882中的方法A或者B的规定。需要测试机显示的任一负荷最大值。测试机的精确度应该符合E4的规定（注3）。所显示的负荷值应该精确到±2%。如果使用显示设备，则在材料发生断裂之后，能够保持最大负荷值。
注2—如果上下两个夹具都是电动的，那么夹具的标称分离速度为51毫米（2英寸）/分钟。
注3—经验表明按照E4的推荐的间隔时期来校正现在一般使用的测试机，其精确度往往不能维持所规定的精确度。
4.2夹具——能够最大限度的减小滑动和对试样可能造成的应力分布不均的情况。
注4—曾经成功的在夹具上使用橡胶、80号金刚纱布、细纱布.夹具可以是自对齐型的。如果试样经常的在夹具的边缘断裂，则夹具的边缘与试样接触的地方的曲率半径要稍微增大一些。
4.3测厚仪器——使用适当的千分尺或者其它测试仪器。仪器精确到0.0025毫米（0.001英寸）或者更小值。根据测试方法D374中的方法C，测试时仪器对试样造成的压力要在0.159～0.186MPa（23～27psi）之间。
4.4冲刀模—冲刀模的尺寸应如图1所示，并适用于所有试样。冲刀模的刀锋上应该有-50的耙子，必须锋利而且取样时不能在试样上造成缺口。用水将试样的表面和刀模的边缘湿润，会有利于切割。试样应该放在表面光滑而且稍有弯曲的物体上，在取样时不能对刀刃造成损伤，例如轻的薄板或者一块皮革。在试样的边缘垂至于其它边或者边缘有极小的弧度时，都要小心的切割。
4.5环境条件调节仪器——除非有另外规定，根据D618的测试步骤A，所用的环境条件调节仪器必须能够在测试前或者测试中使试验室的环境温度能够维持在23±10C(73.4±1.80C)，相对湿度能够维持在50±2%。
5.取样
5.1所取的样品应该符合图1所示，偏差不超过0.5%。
表1材料的纵向耐撕裂强度（直角撕裂法）
单位：克力
材料名称
平均值
SrA
SRB
rC
RD
LDPE-LD 104
314.6
31.98
55.79
89.53
156.2
LLDPE
384.9
7.80
41.73
21.84
116.8
PS
459.8
98.06
261.6
274.6
732.3
HDPE No.2
474.0
19.82
55.42
55.51
155.2
PP
503.9
29.87
77.45
83.64
216.9
HDPE No.1
570.9
36.35
78.20
101.8
219.0
Polyester
2494.0
6407.9
599.2
1142.0
1678.0
ASr—所测试的材料在试验室内的标准偏差。它是合计了每个试验室内试验结果的标准偏差。
BSR—所测试的材料在试验室间的标准偏差。它是合计了每个试验室内试验的平均结果与材料总平均值的标准偏差。
Cr—试验室内可重复性极限次数，2.8倍Sr。
DR—试验室间可重复性极限次数，2.8倍SR。
表2材料的横向耐撕裂强度（直角撕裂法）
单位：克力
材料名称
平均值
SrA
SRB
rC
RD
LDPE-LD 104
325.1
15.24
36.63
42.67
96.96
LLDPE
366.6
20.52
28.53
57.45
79.89
PS
411.1
31.70
82.06
88.76
229.8
HDPE No.2
468.0
33.94
86.73
95.02
242.8
PP
481.4
101.7
263.7
284.7
738.2
HDPE No.1
523.9
46.02
97.75
128.9
273.7
Polyester
2341.0
317.2
443.2
888.1
1241.0
ASr—所测试的材料在试验室内的标准偏差。它是合计了每个试验室内试验结果的标准偏差。
BSR—所测试的材料在试验室间的标准偏差。它是合计了每个试验室内试验的平均结果与材料总平均值的标准偏差。
Cr—试验室内可重复性极限次数，2.8倍Sr。
DR—试验室间可重复性极限次数，2.8倍SR。





英制公制数值换算表
英寸
毫米
4.0
101.60
0.750
19.05
1.061
26.95
1.000
25.40
1.118
28.40
2.0
50.80
0.002
0.051
0.500
12.70

5.2应该使用单个试样。如果试样的拉伸效果对试样的性质影响很大，并且可以估计，那么就应该准备试样的副本（即完全相同的另一份试样），从而进行两个方向的拉伸：与试样的最大拉伸方向平行拉伸和与试样的最大拉伸方向垂直拉伸。对于透明的材料，其最大拉伸方向可以使用人造偏光镜来检查不同的薄膜或片材的情况来决定。
5.3对于各向同性样品，至少需要10个试样。
5.4对于各向异性样品，每个样品至少要准备20个试样。测试时，10个的拉伸方向与最大拉伸方向（或各向异性的主轴方向）平行，10个的拉伸方向与最大拉伸方向（或各向异性的主轴方向）垂直。
5.5 除非有些失败因素可以组成一个函数的变量，并且能够研究其影响，否这对于具有明显缺陷或会在夹子边缘发生断裂的试样，其测试结果都是无效的，需要重新测试。
5.6如果某测试数值明显的偏离于其他数值的平均值，并且其偏差是所有（已经排除可疑数值）数值标准偏差的5倍，则该测试结果是无效的，需要重新测试。
注5：对于某些材料的性质纵向变化极大时（即沿薄膜或片材方向），如果需要可靠的耐撕裂数值，则要取多大50个随意试样。
6. 试样放置
6.1放置——对于那些需要放置的测试，根据D 618的操作步骤A，测试之前要将测试样放置在23±10C（73.4±3.60F）、相对湿度为50±5%的条件下，不少于40小时。即使有所不同，允许温度范围在±10C(±1.80F)，相对湿度在±2%范围内。
6.2测试条件——除非在特定的测试方法或本方法中特别规定，在标准试验室中进行测试，在试验室中对空气要求为：温度23+20 C (73.4+3.650F)；相对湿度50±5%。即使有所不同，允许温度范围在±10C(±1.80F)，相对湿度在±2%范围内。
7. 测试速度
7.1应该使用一个25.4毫米（英寸）的夹钳。在测试全过程中，电动夹具的的横移速度应该能够持续的保持为51毫米（2英寸）/分钟。
注6：在本测试方法中，耐撕裂强度时测试机所记录或者读出的最大上载量。对于大多数的塑料试样，此最大上载量是在13毫米宽的试样上初始时的撕裂强度。因此，作图笔或者刻度盘的从它的起点开始作图的精度是十分重要的。51毫米（2英寸）/分钟的测试速度是足够低的，从而使纪录笔或刻度盘指针的反应不会过急。测试前，应该对试验机的纪录笔的灵敏情况进行检查。
8. 测试的步骤：
8.1在不同的点测试试样的厚度，精确到4.3规定的精度极限。纪录试样的平均厚度 （单位：英寸）。
8.2将试样放在测试机的夹具里，并且使试样被拉伸伸长的末端所在轴线与试样和夹具的接触点都在一条线上。
8.3在夹具上使用51毫米（英寸）/分钟的上载量。在试样完全被撕裂开之后，从刻度盘或纪录纸上读出最大的上载量值（磅），并纪录。
9 计算：
9.1计算所有的测试样品的读值（沿着主要的拉伸方向）的平均值。撕裂强度单位为磅。
注7：耐撕裂强度可以表示为磅/千分之一英寸[试样的厚度]，此时应确立与某种测试的特定材料的关系。然而，应该知道对不同厚度薄膜的比较是没用的。
9.2按下式计算标准偏差（估计值），或者使用等同的数学表达。写入报告，要精确到小数点2位数。
S =
10. 编写试验报告
10.1报告要包括下列内容：
10.1.1 识别测试材料的全部内容，要包括：类型，来源，生产者的代号，格式，标准要求尺寸，加工历史，以及各向同性材料的拉伸情况等。
10.1.2每个测试样品的厚度和所有样品的厚度。
10.1.3所用的试验机类型。
10.1.4在每个方向上进行拉伸的样品的数量。
10.1.5计算的耐撕裂强度数值（牛顿，或磅力）。
10.1.6在每个拉伸方向上测试试样的的平均值的标准偏差。
11. 精确度和偏差




12. 关键词
塑料薄膜，薄片材，撕裂，薄片材

防弹纤维—芳纶1414

芳纶1414，其化学名称为聚对苯二甲酰对苯二胺(英文名称简称PPTA)。美国杜邦公司商品名为Kevlar。它是第一个有价值并且现在仍然在大量生产和使用的高性能纤维。

芳纶1414 有极高的强度，大于28 克/ 旦，是优质钢材的5～6 倍，模量是钢材或玻璃纤维的2～3 倍，韧性是钢材的2 倍，而重量仅为钢材的1/5。（芳纶1414的强韧性也使其裁切与加工异常困难，需要昂贵的专用工具）。芳纶1414的连续使用温度范围极宽，在-196℃至204℃范围内可长期正常运行。在150℃下的收缩率为0，在560℃的高温下不分解不熔化，耐热性更胜芳纶1313 一筹，且具有良好的绝缘性和抗腐蚀性，生命周期很长，因而赢得“合成钢丝”的美誉。

从芳纶1414的分子结构式可以看出，它的分子结构排列非常的规整，整个分子主链为苯环和酰胺键交替结构，并且形成了π共轭效应，分子内旋转位能相当高,分子链节呈平面刚性伸直链，使其具有极高的拉伸强度(仅次于玻璃纤维、石墨纤维和聚苯并咪唑纤维) 和优异的耐热性和韧性，同时它还有良好的耐强碱性、耐有机溶剂和耐漂白性能以及抗虫蛀和霉变。

合成


一般的研究者采用如下的合成途径来得到芳纶1414的聚合物（PPTA）：

这个反应一般是在低温下溶液中进行。也有使用对苯二甲酸来替代上面的对苯二甲酰氯，然后在催化剂和加热的情况下进行反应，但是这种方法在操作上不如前者容易。要得到高强度的聚合物长丝，一般要结构单元的聚合度要达到80，相应的分子量为18000左右。

纺丝

芳纶1414的聚合物（PPTA） 不溶于大多数的有机和无机溶剂，其熔点高于降解温度（500℃左右），因此不可能进行熔体纺丝。然而，PPTA 可溶于某些强酸中。人们发现无水硫酸是用于PPTA 湿纺的一种较为廉价的纺丝溶剂。

只要PPTA 聚合物的浓度低(大约10% 以下) ， 那么聚合物中的棒形链状分子则呈无规任意取向并且聚合物溶液内的分子结构呈各向同性。然而在较高的浓度下, 聚合物分子链在小区域内呈有序排列并在该区域内发生分子取向, 各区域彼此之间仍呈无规取向。但此时聚合物的分子结构不再是各向同性而是各向异性了。这样的聚合物溶液具有液晶性质, 而且是溶致性液晶溶液(向列型晶体结构) , 我们可以利用溶液由各向同性向各向异性转变时的粘度剧降来获得可纺性良好的溶致性液晶纺丝液。当这样的聚合物溶液经由喷丝板的细孔(直径约50 Lm) 喷出纺丝且在凝固浴内形成微小气隙时, 聚合物中的分子链则大部分沿纤维轴向平行排列。毛细管内的剪切形变和微小气隙是长丝内的分子近乎完全排序的主要原因。得到纤维的这种所谓的次晶结构不具有任何非晶态区域, 它所形成的是一种单相半结晶系统。相比之下, 像聚酰胺和聚酯这样的各向同性半结晶性聚合物则是由晶区和非晶区所组成, 而且形成的是一种双相的结晶系统。

纤维的结构与性能

芳纶1414纤维的性能，特别是其强度主要取决于聚合物的分子量和分子量分布及其结晶程度。影响上述这些性质的参数有许多。通过提高纺丝原液中的聚合物浓度，就可以在湿纺加工过程中提高纤维中链状分子的取向度，从而使纤维获得较高的强度。原则上，较高的分子量也可以提高纤维的强度值。目前标准长丝的聚合度为75～80，其相应的分子量为18 000～ 19 000。

阿克苏·诺贝尔公司的科学家van A art sen和No rtho lt 于1973 年公布了他们对他们的PPTA纤维（Twaron）结晶结构的基础研究成果。下图为他们的PPTA纤维（Twaron）的 晶体结构(晶格)。分子与纤维的轴向平行取向，苯环之间的立体位阻现象是造成PPTA 链形分子呈棒状形态的主要原因。次晶结构是一种单相晶体结构，其局部的结晶近乎完全，但是在较长的距离内存在着某些晶体缺陷。Twaron 纤维在纤维轴向上的强度很大(强共价链) 而横向上的强度较小。模型显示分子链是由相对较弱的氢链合力将它们共同保持在一个方向上， 而在另一方向上分子链则是由更弱的范德瓦尔斯键合力来保持。因磨蚀所产生的纤维原纤化倾向是因缺少强有力的横向键合力所造成的。

表1 为Tw aron 纤维与其他增强纤维材料的主要性能的比较结果。

用途

用于航空航天领域芳纶纤维树脂基增强复合材料用作宇航、火箭和飞机的结构材料，可减轻重量，增加有效负荷，节省大量动力燃料。如波音飞机的壳体、内部装饰件和座椅等成功地运用了芳纶1414 材料，重量减轻了30%。

用于高强轮胎帘子线芳纶1414比重小，强度高，耐热性好，并且对橡胶有良好的粘附性，所以成为最理想的帘子线纤维。目前世界几大轮胎巨头米其林、固特异、倍耐力等公司都已采用芳纶1414作轮胎帘子线，大量用于高级轿车领域。.

用于土木结构工程由于芳纶1414具有轻质高强、高弹模、耐腐蚀、不导电和抗冲击等性能，可用于对桥梁、柱体、地铁、烟囱、水塔、隧道及电气化铁路、海港码头进行维修、补强，特别适合对混凝土结构的加固与修复。

在众多领域大显身手芳纶1414还可在充气胶皮制品（如充气救生筏、充气舟桥等）、耐腐蚀容器、轻型油罐及大口径原油排吸管中作骨架材料；用于制作耐高温、耐切割防护手套；利用其自润滑性、耐热性和韧性，可代替有致癌物质的石棉制造隔热防护屏、防护衣及密封材料；还可替代石棉和玻璃纤维来补强树脂，用作耐摩擦、绝热和电绝缘材料；制作舰船绳缆，海底电缆、雷达浮标系统和光导纤维增强绳缆；制造高强度低重量的运动器材，如滑雪板、划艇和皮艇等等。总之，凡要求高强度、耐拉伸、抗撕裂、防穿刺及耐高温的场合，都是芳纶1414大显身手的领域，具有不可替代的优越性。