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ASTM D882 權威指南 - 薄塑膠薄膜的拉伸測試

ASTM D882 - Tensile Testing of Thin Plastic Film

如何對薄塑膠薄膜執行拉伸測試以符合 ASTM D882

作者:Charlie Pryor

薄塑膠膜和薄片是一種常見的包裝選擇,可用於保護許多日常物品,從剩餘食物到消費品。對塑膠製造商和包裝公司來說,獲得所生產塑膠膜的準確機械特性資料至關重要,以確保其符合所需要求。 ASTM D882 是一種常見的測試標準,用於確定薄塑膠薄膜的拉伸性能,通常用於線上品質控制。 本指南旨在向您介紹 ASTM D882 拉伸測試的基本要素,並概述所需的設備、軟體和樣品。然而,任何計劃進行 ASTM D882 測試的人都不應將本指南視為閱讀和遵循完整標準的替代品。



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電動車電池的隔離膜測試

雖然 ASTM D882 不是測試電動車電池隔離膜的官方標準,但該標準正在修改以評估這些材料的機械性能。隔離膜是鋰離子電池和其他液體電解質電池的關鍵組成部分,用於分隔陽極和陰極。用於隔離膜的最常見材料是聚烯烴,這是一種聚合物薄膜,其強度足以承受組裝過程中的繞線操作以及由於大量使用而導致的鋰在陽極上的不均勻電鍍。更安全、更堅固的隔離材料可以更有效地防止陽極和陰極之間的接觸,而更薄的材料有助於減輕每個電池的重量並提高能量密度。

依照 ASTM D882 測試這些材料對於品質控制檢查以及在嘗試確定最佳隔離膜解決方案時的研發非常有益。此外,與許多其他薄膜材料一樣,隔離膜是異向性的,因此建議在多個不同的切割/測試方向上進行測試。

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它測量什麼?

ASTM D882 專為測試厚度小於 1 毫米的塑膠而設計,可用於測試此定義厚度範圍內的任何類型的塑膠樣品。厚度大於 1 毫米的塑膠應按照 ASTM D638 進行測試。ASTM D882 測試是在萬能試驗機(也稱為拉伸試驗機)上以恆定的十字頭速度進行的。以下是最常測量的拉伸性能:

測試方法和樣品

在 ASTM D882 測試過程中,試樣會被拉伸直至斷裂。十字頭速度取決於試樣長度,可以通過將初始夾具間距(試樣長度)乘以初始應變率(mm/mm x min)來計算。初始應變率取決於試樣在斷裂時的最大延伸率。由於塑膠膜和薄片通常具有高彈性,因此通常需要較高的十字頭速度。在進行 ASTM D882 測試時,一個關鍵因素是使用適當的預載荷。薄膜試樣在裝入夾具進行測試時通常是鬆弛的,而非緊繃的。預載荷可以在 Bluehill® Universal 測試軟體中輕鬆配置,有助於在測試記錄數據之前消除試樣中的任何鬆弛,確保結果準確且可重複。

此測試適用於厚度在夾具之間樣品長度上均勻度在 10% 以內的樣品。接近 1 毫米厚度限制的較厚樣品的均勻度必須在 5% 以內。樣品的寬度需要在 5.0 到 25.4 毫米之間,並且至少比測試期間使用的夾具間距長 50 毫米。測試的標準樣品標距長度為 250 毫米。但是,如果這不可能,則只要確定這不會影響結果,則最小樣品長度 100 毫米(50 毫米標距長度)是可以接受的。如果樣品是等向性材料,則標準要求從每個樣品中測試至少五個樣品。但是,如果懷疑樣品是異向性,則必須測試至少十個樣品,五個沿其長軸,五個沿假定的異向性軸。此外,用於確定模量的樣品不能用於確定抗拉強度或任何其他拉伸性能,這意味著任何按照 ASTM D882 進行測試的人都應該明智地生產大量樣品,以便適當地測量所有相關性能。

測試系統

由於這些樣品的斷裂力較低,因此 ASTM D882 測試通常在單柱萬能試驗機上進行,例如 Instron 的 34SC 系列或 68SC 系列系統。然而,由於許多薄膜樣品在斷裂時表現出高伸長率,因此可能會出現複雜情況。將這些樣品與標準 250 毫米標距長度配對時,有時可能需要額外高度的單柱框架或可能的雙柱框架才能測試到斷裂。Instron 的 6800 系列非常適合希望在其測試系統中獲得高級功能的實驗室。

 

ASTM D882 測試設定
1) 6800 系列萬能測試系統
2) Bluehill Universal 軟體
3) 2580 系列負載元件
4) 2712 系列氣動夾具

 

Instron 系統

夾具由於這些塑膠樣品的彈性和精緻特性,夾持可能是一個挑戰。氣動側向作用夾具提供可調節的入口氣壓,以確保樣品在整個測試過程中都能充分夾緊。在測試薄膜時,氣動夾具優於螺桿作用或手動擰緊夾具,因為後者會增加夾緊壓力的可變性,並可能導致測試結果的更多不一致以及夾具斷裂或滑動的更高機率。在某些情況下,對於非常薄的薄膜樣品,也可以使用自緊滾輪夾具

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1 kN 型號 | 2712-041
2713-007-01-02

1 kN 型號 | 2713-007

樣品對齊

薄膜和箔的拉伸測試比剛性樣品的測試更具挑戰性,並且電動車電池製造中使用的大多數薄膜和箔都非常薄,厚度不超過 15 微米。這些材料很容易因處理不當而損壞;即使是夾持薄膜或箔的簡單動作也可能損壞樣品。正確對齊如此精緻的樣品是許多測試實驗室的一個主要痛點,建議使用精密樣品裝載機裝置。這些裝置使用可拆卸的對齊夾和線性導軌來引導樣品進入夾具,並且有多種尺寸可供選擇,以適應各種樣品尺寸。



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夾面

由於 ASTM D882 樣品很脆弱,因此夾面的選擇對於成功測試也至關重要。不建議使用鋸齒狀夾面,因為它們會在夾持時損壞樣品,導致夾爪斷裂或結果不準確。橡膠面不會損壞薄膜樣品,並且已證明可以防止樣品在測試過程中在面中變薄時滑動,從而使橡膠面與氣動夾具配對成為首選組合。這種組合還產生最可重複的結果。

橡膠夾面應與樣品夾持或帶標籤端的寬度相符。此類材料最常見的面尺寸為 25 毫米 x 25 毫米(1 英寸 x 1 英寸)。匹配的寬度便於樣品對齊,這對於良好的斷裂和準確的測試結果至關重要。如果樣品寬度在標準公差的較小一側,則必須具有至少與樣品一樣寬的夾面,但在這種情況下,更寬也是可以接受的。

對於太薄而無法使用橡膠面的薄膜樣品,也可以使用線接觸夾持。線接觸面包括一個光滑的夾爪面和一個相對的面,該面是圓形的,有助於將夾緊力沿垂直於十字頭運動的單一線分佈。夾持最關鍵的方面是避免測試時滑動,並在測試時保持每個樣品中均勻的應力分佈。

電動車電池的自動薄膜測試
隨著電動車產業預計將出現爆炸性成長,電池製造商應儘快考慮擴大其測試能力,以滿足預計的需求成長。隨著測試量的增加,吞吐量和效率變得更加重要。Instron 提供了許多不同的解決方案來提高您測試實驗室的生產力,包括自動化半自動化系統,這些系統非常適合測試大量薄膜樣品。



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結果Instron 的 Bluehill Universal 測試軟體讓您輕鬆產生符合標準的計算報告。該軟體還隨附針對 ASTM D882 測試的預先配置測試方法,其中包含特定的測試參數和計算,以協助確保符合性。

Bluehill Universal ASTM D882