量測聚氯乙烯 (PVC) 帕松比 (Poisson’s Ratio) 及伸長量

● 概述
PVC 樹脂是典型的聚合氯乙烯 (polymerized chloroethene) 合成樹脂。
在獨立特性方面，缺點是既硬又脆，暴露於紫外線照射會浸出氯原子，導致變黃劣化。基於這個原因，在實際應用中會添加塑化劑以增加柔韌性，添加安定劑以防止劣化，然後進行熱處理。
改變添加劑的類型和數量，可以得到堅硬到柔韌的各種不同質地，因此這個材料在各種領域都很常見。
應用範圍包括服裝、內襯 (襯墊材料及隔熱材料)、繩索、線材護套、包裝材料、黑膠唱片，以及水管和污水管。
本報告以應變為例，說明典型 PVC 樹脂特性的物理數值。
使用非接觸型位移計，搭配 Shimadzu 精密通用測試機 Autograph AG-X，在拉伸 (垂直) 方向及其直角方向 (寬度 = 水平方向) 量測應變。
然後依據量測結果計算帕松比。


● 測試機及測試條件
以典型的 PVC 樹脂為樣品，並依 JIS-1A 規格成型
總長度 150 mm、平坦區域寬度 10 mm、深度 4 mm
如圖 1 所示，將樣品置於拉伸測試機 (Shimadzu Autograph AG-X，1kN 荷載)。
使用非接觸式影像伸縮計，型號 DVE-201，量測拉伸方向 (垂直) 的伸長量
(參考點之間的長度為 50 mm，由 CCD 攝影機影像自動追蹤參考線標記，以量測伸長量)。
此外，使用非接觸型位移計 (數位雷射) 量測與張力成直角 (寬度 = 水平方向) 的變形程度。
在測試條件方面，以 1 mm/min 均勻負荷速度施加拉伸施力，最大達 500 N，然後取得應力及伸長量 (垂直及水平)。總計使用五個樣品。

● 測試結果
圖 2 為五個樣品的「應力相對於垂直應變」圖。
表 1 顯示這些結果得到的彈性模量 (彈性模量依 0.05% 和 0.25% 應變值之間的斜率計算)。
從五個樣品的結果可得知，數據穩定，變化極小。

圖 3 為五個樣品的「應力相對於水平位移」圖。
表 2 顯示帕松比 (Poisson’s ratio)，依上述垂直與水平應變計算得出 (與彈性模量相同，依 0.05% 和 0.25% 應變值之間的數據計算)。
從這些結果得到的數據，與彈性模量同樣穩定。

這些結果可明顯看到，即使使用非接觸型位移量測技術，且未對樣品施加外力，仍可得到準確、穩定的材料特性，因此對於各種樹脂產品的開發和品質控制，非常有幫助。