塑料餐具检测中拉伸强度和断裂伸长率的测试方法说明

塑料餐具作为日常餐饮用品，其力学性能直接关系到使用安全性和耐用性。拉伸强度（反映材料抵抗拉伸破坏的能力）与断裂伸长率（反映材料的韧性和延展性）是塑料餐具力学性能检测的核心指标。准确掌握这两项指标的测试方法，不仅是符合GB 4806.7等食品安全国家标准的要求，也是保障产品质量的关键。本文将从样品制备、设备要求、测试步骤等方面，详细说明塑料餐具拉伸强度与断裂伸长率的测试方法及注意事项。

测试前的样品制备

塑料餐具的试样需从产品主体部位截取，优先选择餐盒侧壁、勺子柄部等厚度均匀、无明显缺陷的区域，避免边角、焊缝或厚度突变处——这些位置易因应力集中导致测试结果偏差。试样加工需采用机械方法（如铣床、冲床），确保表面平整、边缘无毛刺或裂纹；若用手工切割，需用砂纸打磨边缘至光滑。

厚度是计算原始截面积的关键参数，需用精度0.01mm的测厚仪测量试样标距内的3个点（两端及中间），取算术平均值作为最终厚度。加工完成的试样需在标准环境（23±2℃、相对湿度50±10%）中放置24小时，符合GB/T 2918《塑料试样状态调节和试验的标准环境》要求，目的是消除材料内部应力，确保测试结果稳定。

需注意，吸湿性塑料（如聚酰胺PA）的调节时间需延长至48小时，且调节环境需密封（如放入干燥器），避免因吸潮导致性能变化。

试验设备的选择与校准

测试需使用万能材料试验机，精度等级需达到1级或更高（符合GB/T 16491《电子式万能试验机》），确保力值和位移测量的准确性。力传感器的量程应覆盖试样最大力的20%-80%——若量程过大，小力值的测量误差会增加；若量程过小，易损坏传感器。

夹具的选择需匹配塑料类型：硬塑料（如聚丙烯PP、聚苯乙烯PS）用楔形夹具，依靠斜面压力固定试样；软塑料（如聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC）用平口夹具，并在夹具表面粘贴橡胶垫，防止试样打滑或被夹断。夹具的夹持面需平整，无划痕或凸起，避免损伤试样。

设备需定期校准：力传感器每年校准1次，万能试验机每使用500次或更换夹具后需重新校准，校准机构需具备CNAS（中国合格评定国家认可委员会）资质。

试验环境的控制

塑料的力学性能对温度和湿度敏感：温度升高会使塑料分子链运动加剧，拉伸强度降低、断裂伸长率增加；湿度升高会导致吸湿性塑料（如PA、ABS）吸水膨胀，性能下降。因此，试验需在标准环境（23±2℃、相对湿度50±10%）中进行，环境波动需控制在±1℃（温度）和±5%（湿度）以内。

若测试现场无法满足标准环境，需在试验报告中注明实际温度和湿度，以便结果分析。例如，在30℃环境下测试PP餐具，拉伸强度可能比标准环境低10%-15%，断裂伸长率高20%左右。

试样的类型与尺寸选择

塑料餐具的拉伸试验常用哑铃型试样，符合GB/T 1040.1《塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》的要求。常见类型有两种：Type 1（标距50mm、宽度10mm、厚度2mm）适用于厚度＞2mm的硬塑料餐具（如厚壁餐盒）；Type 2（标距25mm、宽度4mm、厚度2mm）适用于厚度≤2mm的软塑料餐具（如薄塑料袋、一次性勺子）。

尺寸公差需严格控制：宽度公差±0.2mm，厚度公差±0.1mm——若试样宽度偏差过大，会导致截面积计算错误，直接影响拉伸强度结果。例如，某Type 1试样的实际宽度为9.8mm（公差范围内），若按10mm计算，拉伸强度会偏高2%左右。

若餐具厚度超过2mm，可将试样打磨至2mm（需保持厚度均匀），或选择更大尺寸的试样（如Type 3），但需在报告中注明修改情况。

测试步骤的详细操作

装夹试样时，需将试样的标距线（用标记笔在试样上画出的原始长度线）与夹具中心线对齐，避免偏心受力——偏心会导致试样单侧受力过大，提前断裂。夹具的夹持长度需≥15mm（Type 1试样）或≥10mm（Type 2试样），夹持压力以“试样不打滑、无明显压痕”为宜：硬塑料可适当增大压力，软塑料需减小压力，防止夹断试样。

预紧是消除试样松弛的关键步骤：启动试验机，以缓慢速度（如5mm/min）拉伸试样，直至力值达到0.5%-1%的拉伸应力（如Type 1试样的预紧力约为10N），然后停止——预紧力过大易损伤试样，过小则无法消除松弛。

试验速度需按塑料类型选择：硬塑料（PP、PS）用50mm/min，软塑料（PE、PVC）用200mm/min，符合GB/T 1040.1的规定。速度过快会使试样内部应力无法释放，导致拉伸强度偏高、断裂伸长率偏低；速度过慢则会延长试验时间，且易受环境因素影响。

启动试验机后，实时记录力值和位移数据，直至试样断裂。若试样未断裂（如高韧性PE），需测试至应变达到200%（或按标准规定的终止条件），记录此时的力值和位移。

结果的计算与取值

拉伸强度（σt）的计算公式为：σt = Fmax / A0，其中Fmax是试验过程中的最大力（N），A0是试样的原始截面积（mm²），A0=宽度（mm）×厚度（mm）。例如，某Type 1试样的宽度10mm、厚度2mm，最大力为500N，则拉伸强度=500/(10×2)=25MPa。

断裂伸长率（εt）的计算公式为：εt = [(Lb - L0)/L0]×100%，其中Lb是试样断裂时的标距长度（mm），L0是原始标距（mm）。例如，Type 1试样的原始标距50mm，断裂时标距为75mm，则断裂伸长率=(75-50)/50×100%=50%。

结果需取至少5个有效试样的算术平均值——有效试样指“断裂在标距内”的试样；若断裂在夹具附近（标距外），则该试样无效，需重新测试。若有效试样数量不足5个，需增加测试数量，直至满足要求。

常见问题的分析与解决

若试样断裂在夹具附近（标距外），原因可能是“装夹偏心”或“夹具压力过大”。解决方法：重新装夹试样，确保标距线与夹具中心线对齐；减小夹具压力，或在夹具表面粘贴橡胶垫（软塑料）。

若数据离散性大（如5个试样的拉伸强度偏差超过10%），需检查以下几点：试样加工是否均匀（厚度、宽度偏差是否过大）、取样位置是否一致（是否从不同部位截取）、试验速度是否稳定（是否按规定速度执行）。例如，某餐盒的试样分别从侧壁和底部截取，底部的拉伸强度可能比侧壁低15%，因为底部厚度更薄。

若试样未断裂（如高韧性PE），需按标准规定的应变终止（如200%），并在报告中注明“未断裂”，同时记录此时的力值和位移——未断裂的试样不能用于计算断裂伸长率，但可用于评估材料的韧性。