各種塑膠材料的拉伸測試 (1)

概述
稱為「塑膠」的樹脂材料，定義為「具有可塑性的人工合成聚合物」。在我們的周遭環境中，大量製造採用各種不同特性的塑膠製品。
塑膠依據加工特性，可概略分為「熱塑性樹脂」和「熱固性樹脂」。本篇「應用新知」著重於「熱塑性樹脂」，依據拉伸強度特性，探討 4 種普遍使用的塑膠，即聚乙烯 (polyethylene, PE)、聚丙烯 (polypropylene, PP)、聚氯乙烯 (polyvinylchloride, PVC)、聚碳酸酯 (polycarbonate, PC) 之間的特性及差異。

測試儀器及試樣
這項評估中使用的設備是 Shimadzu 精密萬用測試機 Autograph AG-X 系列 (典型系統如圖 1 所示)，配備量測伸長量的伸縮計 (SSG-50-10)。試樣包括上述 4 種塑膠材料的 5 片樣品。

測試條件
使用手動無移位楔型夾具，夾持每個塑膠試樣，並使用伸縮計以 1 mm/min 的負荷速度，量測彈性區域的伸長量。然後移除伸縮計，以 50 mm/min 的負荷速度進行測試，直到試樣發生斷裂。(測試方法符合 JIS K7161 的拉伸測試方法，廣泛應用於塑膠主要部分。)
量測並記錄負荷過程的數據，包括施力、伸長量 (使用伸縮計時) 及行程數據。圖 2 顯示裝上試樣及連接伸縮計的狀態。

測試結果
圖 3 至圖 6 顯示 4 個塑膠試樣的實際拉伸測試結果，應力 (標稱值) 與應變之間的關係 (依伸縮計測得的伸長量計算，測試機十字頭移動距離 = 移除伸縮計後的行程)。
等量移動零點，以便於分別檢視並判讀 5 個試樣的測試結果圖。

雖然結果圖顯示每個試樣之間的斷裂伸長量有差異，但拉伸強度 (最大應力) 的重複性良好。此外，材料特性也有顯著差異，在 PE 和 PC 圖中，最大應力點之後的施力降低期間發生頸縮，自該點到斷裂點有相當大的伸長量。
(在 PP 和 PVC 圖中，彈性區域的不連續性來自移除伸縮計時負荷暫停，以及自該點起的速度變化。)

每個試樣選擇各個特性的典型測試結果，彙整摘述於表 1。

表1. 測試結果

值得注意的是，從上述結果可以看到，即使每種材料皆為塑膠，但各自表現出獨特的特性，由此可知，測試設備可有效對個別的特性進行定量評估。

 

*請注意，現行《度量衡法》實施之前取得的數據，可能以重量單位表示。