拉伸试验是在规定的试验温度、湿度与试验速度下，在符合要求的试验设备上按规定的程序沿试样轴向施加拉伸载荷将试样拉断，测定材料力学性能指标的过程。拉伸试验由于方法简单、过程直观、试样易加工、试验结果有代表性，被广泛运用在冶金、机械加工、建筑、科研等诸多领域，是材料物理机械性能检验工作中最基本、最常用的试验方法之一，是材料力学实验中最重要的实验之一。任何一种材料受力后都要产生变形，变形到一定程度就可能发生断裂破坏。材料在受力—变形—断裂这一破坏过程中，不仅有一定的变形能力，而且对变形和断裂有一定的抵抗能力，这些能力称为材料的力学机械性能。通过拉伸实验，可以确定材料的许多重要而又最基本的力学机械性能。对中空玻璃密封胶而言，通过这个试验，可测定拉伸粘结强度、定伸模量、最大拉伸强度时的伸长率、剪切强度等力学性能。拉伸试验结果的真实性和准确性，既与试样的材质均匀性有关，又受到取样、试样加工以及试验过程的各种因素的综合影响。到目前为止，有关拉伸试验过程控制及其影响方面的研究很少，文献稀缺。因此，本文通过对中空玻璃密封胶拉伸试验的研究，找出试验速率对试验结果影响的规律，以便能正确地控制拉伸试验的速度，对于提高试验结果的准确性和稳定性，增强实验室质量保证能力有着十分重要的意义。
1 基本原理
实际材料中存在两种弹性：普弹性和高弹性。普弹性为大应力作用下材料分子中键长和键角变化引起的小形变，形变瞬时完成，除去外力，形变立即恢复；高弹性为小应力作用下由于高聚物分子中链段运动而产生的很大的可逆形变。当外力作用在交联橡胶（聚硫或硅酮中空玻璃密封胶为交联橡胶）上时，普弹形变瞬时发生，高弹形变缓慢发展，外力除去后，经过弹性恢复还保留着随时间增加而逐惭恢复的滞后形变。上述的高弹形变和滞后形变实际上包含着可逆的弹性形变和与时间有关的粘性形变的结合。该特性称为粘弹性。粘弹性的产生归因于整个分子链、链段、链节等运动，链的运动需要克服内摩擦阻力，也就是说，在一定温度和外场（力场、电场、磁场）作用下，高聚物从一种平衡态通过分子运动过渡到另一种与外界条件相适应的新的平衡态总是需要时间的，是不可能瞬时完成的，这种现象即为高聚物分子运动的时间依赖性。通常将高分子置于一定温度下，从受外力作用开始，大分子的形变经过一系列的中间状态过渡到与外力相适应的平衡状态的过程看成是一个松弛过程，过程所需的时间称为松弛时间ι。高分子对外力响应的这种滞后现象称为“滞后效应”或“弹性滞后”。松驰时间的大小取决于材料固有的性质以及温度、外力的大小。同时可知，对于给定的观察时间t，当t≥ι，t/ι→∞，即材料形变恢复很快，这样快的松弛过程通常很难观察出来；当t≤ι，t/ι→0，即材料形变恢复很慢，说明松驰过程进行得很慢，这需要很长的时间才能完成的松弛也难以观察出来。只有物性测定的时间尺度与材料松驰时间达到同一数量级时，分子运动的松驰过程才较易观察到。理论上当所用的试验速度恰可使其分子运动在相等的时间内有相同的响应关系，则其基本行为应该大致相同，反之若试验速率不在此范围内 (太高或太低)，则其分子链的运动势必无法在相等的时间区域内表现相同的响应关系，此现象表现于外界是截然不同的物性。因此，正规的作法除应依照标准方法选择测试速度，更应利用一系列不同的速度，测试其响应的情况，以全面了解材料在不同速度下所显现的物性行为。
高聚物是一种粘弹性材料，由于粘弹性的影响，聚合物在外力作用下发生形变需要一定的响应时间，即松驰时间。因此，外力作用速度对高聚物的力学性能有显著的影响。一般而言，试验速度愈高，链段运动跟不上外力的作用，仪器所显示的力F值大于聚合物的变形时所产生的弹性力f，导致强度及弹性模量测试结果偏大，而其断裂伸长率则偏小；当试验速度降低时，由于载荷作用的时间增加，应力松驰的过程进行得较充分，而使强度下降，断裂伸长率则偏高。由于不同的材料其本身的结构不同，不同的温度和不同的外力大小下材料的松驰时间不同，从而导致不同材料对拉伸速度的敏感程度不同。图1为典型试验速度对塑料物性影响的应力一应变图。图2为材料的试验速度与拉伸强度的关系图。
2 试验部分
2.1 试验样品的选择
本次试验研究对象为中空玻璃密封胶，选择了具有代表性的四种产品作为试验对象（见表1）。
2.2 试验速度的选择
拉伸速度可用应力速度(或负荷速度)和应变速度(或横梁位移)进行表征。对于形变量小而拉伸载荷迅速增大的试样，一般都选择采用应力速率控制或者负荷速度控制。而对载荷增加不大，而变形增加很快的试样，为了防止拉伸速度过快，一般采用应变控制或者横梁位移控制。中空玻璃密封胶是属于变形增加快而载荷增加不大的试样，此时如果采用应力速率控制，以弹性模量为1.5MPa的中空玻璃密封胶为例，应力速率设定为5 N/mm2s，标定距离为12mm时，那么实际的位移速率为5N/mm2s×12mm×60S/1min÷1.5MPa=2400 mm/min，而中空玻璃密封胶的最大伸长率一般为80%，即伸长9.6mm 只需要0.241秒钟就可把试样拉断，显然以应力速度控制则速度太快了。
因此，试验速度的确定很重要。在选择试验速度时，必须考虑在一个速度范围内对测试结果影响不大，并且误差小，尽量使加载均匀。按国家标准规定试验的加载速度可设有以下九种情况（表2），试验时选取的加载速度，应使试样能在0.5~5min 试验时间内断裂的最低速度。
原则上，你可以以你想要的任何速率拉伸试样，但高速拉伸时，拉伸放热较大，橡胶是热的不良导体，加上被拉物的初始厚度较大（如硅酮中空玻璃密封胶定伸模量测试试样的粘胶尺寸为50mm×12mm×12mm），热交换效率较低，过程接近绝热拉伸。从而导致高速拉伸下试样温度升高的这种情况对拉伸的稳定性及测试结果的准确性是不利的；然而，过低的拉伸速率使试样发生断裂的时间大大延长，一个试样测试下来时间远远超过5min 。
根据JC/T486-2001《中空玻璃用弹性密封胶》、GB16776-2005《建筑用硅酮结构密封胶》和JC/T914-2003《中空玻璃用丁基热熔密封胶》标准，相应项目的拉伸试验速度见表3。本试验结合现有设备能力及试验结果具有代表性则选择5 mm/min、50 mm/min、100 mm/min、200 mm/min作为拉伸速度变量。
2.3试验测试项目的选择及表征
根据测试项目的代表性和常用性，本试验选择了粘结拉伸强度、最大拉伸强度时的伸长率、定伸模量和剪切强度作为考察项目，找出拉伸速度对中空玻璃密封胶试样在标准状态下处理后的力学性能变化规律。主要测试项目及表征如表4。
2.4 试验结果及其分析
由于材料力学试验影响因素较多，结果的重现性较大，故本试验由专人制样，专人在同一设备上同一温度和湿度条件下按规定的程序进行养护和检测，以保证得出正确的检测结果。
2.4.1试验速度对聚硫中空玻璃密封胶力学性能的影响
见表5。
2.4.2试验速度对硅酮中空玻璃密封胶力学性能的影响
见表6、7。
2.4.3试验速度对硅酮结构密封胶力学性能的影响
见表8。
2.4.4试验速度对丁基中空玻璃密封胶力学性能的影响
见表9。
2.4.5综合分析
①从表5～表9中的相对误差数值可知，随着拉伸速度的增加，中空玻璃密封胶的剪切强度、最高拉伸强度时的伸长率及粘结拉伸强度增加显著。丁基中空玻璃密封胶的剪切强度由标准要求拉伸速度50mm/min时的0.13MPa增加至200mm/min时的0.22MPa，剪切强度增加了69.2%；当拉伸速度降至5mm/min时，剪切强度由0.13MPa降至0.06MPa，剪切强度降低了53.8%。硅酮结构密封胶的粘结拉伸强度由标准要求的拉伸速度5mm/min时的1.24MPa增加至200mm/min时的1.79MPa，粘结拉伸强度增加了44.35%；相应地达最大拉伸强度时的伸长率由105%增加至164%，比标准要求5mm/min时的最大拉伸强度时的伸长率数值增加了49.52%。其中热塑性的丁基胶比热固性的硅酮胶在强度上受拉伸速度的影响更大。
②密封胶（包括中空胶和结构胶）的定伸模量随着拉伸速度的增加变化幅度不大，各组数据的平均值相差不大。如硅酮聚硫中空玻璃密封胶伸长60%时的拉伸模量由标准要求5mm/min时的0.72MPa增加至200mm/min时的0.77MPa,仅增加了6.94%。但不同的材料或不同的伸长率下的定伸模量增加的幅度不一样：硅酮结构密封胶伸长20%时的定伸模量由0.26MPa增加至0.27MPa，增加了3.7%，伸长40%时定伸模量的由0.53MPa增加至0. 59MPa，增加了11.32%。
③由表5～表9中的极差和标准差可知，拉伸速度的大小对试验结果的稳定性产生一定的影响。速度越大，同组数据的极差和标准差均随着拉伸速度的增加而增加。尤其是最大拉伸强度时的伸长率，速度由5mm/min时极差值4增加至速度由200mm/min时极差值14。也就是说，拉伸速度越高，所测得的值越不稳定。
本文通过对硅酮中空玻璃密封胶、硅酮结构密封胶及丁基中空玻璃密封胶的拉伸试验，考察试验速率对力学性能的影响。试验结果表明，拉伸试验速率作为拉伸试验过程中最重要的可控制条件，是会对拉伸试验结果如粘结拉伸强度、定伸模量、最大拉伸强度时的伸长率、剪切强度等或多或少产生影响的。因此，在常规的测试中应按规定的加载速度和规定的程序进行，以期达到减少测量结果的不确定度分量，减少试验误差，提高检验结果真实程度和稳定性具有深远的意义。
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