高性能膜材料是新型高效分離技術的核心材料，已經(jīng)成為廣泛應用于航天、新能源、電子、醫(yī)藥、光學等領域。近年來，高性能膜行業(yè)在全球范圍內(nèi)受到高度重視，其中光學薄膜、電子薄膜(聚酰亞胺、鋰電隔膜、光伏膠膜、質(zhì)子膜等)最為突出。
膜性能指標是產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制不可少的參數(shù)，主要有阻隔性能、物理性能和化學性能三大類，其中物理性能中機械強度很重要，主要包括拉伸、彎曲、穿刺、剝離、撕裂、蠕變松弛等。本文主要介紹膜性能中拉伸強度測試的相關內(nèi)容，其它測試可聯(lián)系作者共同探討。
■拉伸強度
膜材料拉伸測試方法通常執(zhí)行gb/t 1040標準，該標準含測試的全部內(nèi)容，包括樣品制備、測試條件、測試結(jié)果等。如需計算模量及強度，依據(jù)膜軟硬特性，需配備不同類型的引伸計和夾具。
1)引伸計：
對于硬質(zhì)膜，可選擇接觸式引伸計，接觸式引伸計通常是被動跟隨，需要啟動力才能測試。通過調(diào)整引伸計夾頭的材質(zhì)和松緊度，確保膜在測試過程中損傷最小。
對于軟質(zhì)膜，可選擇視頻引伸計，視頻引伸計為非接觸式，在樣品上標記測試點，不但可以測試拉伸強度，也可檢測拉伸和壓縮兩方向的長度變化。
全數(shù)字接觸式引伸計不需啟動力(或非常小)，夾口緊貼樣品，樣品受力時尺寸發(fā)生變化，夾口內(nèi)置傳感器測試壓力變化，控制電機驅(qū)動夾臂跟隨樣品運動。這種類型引申計采用全數(shù)字輸出，精度較高，但原理較為復雜。
無引伸計測試模量：如果用試驗機的橫梁位移做為材料拉伸長度變化的依據(jù)，需要考慮以下幾點：
◆環(huán)境溫度---溫度的變化會引起儀器剛度和材料物性的變化，試驗機擺放在窗邊或空調(diào)風口，都是需要考慮的因素。
◆傳感器原理---測試力值的傳感器通常由一組應變片構(gòu)成，樣品測試過程中，應變片會有微小的形變，該形變會計算到樣品長度變化范圍內(nèi)。
◆間隙的變化---樣品測試過程，夾具和傳感器間隙會有變化，夾具的安裝須按照規(guī)定的操作指導。
◆儀器剛度的變化---樣品測試過程，儀器整體會有剛度的變化，所以要考慮測試力值和儀器承載力的關系。
剛性補償：如果環(huán)境條件穩(wěn)定，由儀器(傳感器、夾具、剛性)引起微量變化是可以量化，測試出相應曲線，記錄各個載荷點對應的位移值，在測試過程中，將每個點的值實時補償?shù)綔y試曲線中，這種算法稱為“剛性補償”。剛性補償?shù)膶崿F(xiàn)要求采集速率必須較高，并且位移分辨率必須足夠精確，否則各個補償點的值沒有意義。注：下圖為補償前后曲線，以300n為例，位移變化約0.1mm，補償后，位移基本無變化。
2)拉伸夾具：選擇適合的夾具和夾具面，確保測試過程樣品斷裂位置在中部，可以得到有效的測試數(shù)據(jù)。
◆夾具面---膜材料拉伸夾具面一般采用橡膠面，邵氏硬度在80左右即可。對于軟質(zhì)膜，也有推薦聚氨酯面。
◆驅(qū)動方式---拉伸夾具閉合鎖緊方式分為手動和氣動兩類。為采用氣動夾具可消除人為上樣誤差，因膜材料厚度及硬度不同，壓縮空氣到夾具的壓力和流速必須可調(diào)，確保拉伸過程中材料被加緊，且不被損壞。
◆夾具結(jié)構(gòu)-----膜材料軟硬不同，要求夾具的結(jié)構(gòu)不同。硬質(zhì)膜在拉伸夾具之間上樣即可，通過對中裝置，可確保上樣準確。軟質(zhì)膜質(zhì)地柔軟，在拉伸夾具的內(nèi)部上樣較為方便，要求夾具必須有足夠的操作空間，否則會發(fā)生夾手等情況。
3)測試參數(shù)：在實際拉伸測試中，測試軟件有兩個參數(shù)條件較為重要，即：預載應力及斷裂的判定。
◆預載/應力---預應力的作用是在測試數(shù)據(jù)采集前，給試樣施加一定的拉力，避免試樣因在夾持時可能受到壓縮力而導致的試樣彎曲，從而造成應力/應變曲線開始階段的趾區(qū)，進而影響測試結(jié)果。預載應力的設置，預估測試力值，可設置1%或稍小，用1 mm/min的速度移動橫梁直至預載力設置點，測試開始。
◆斷裂檢測---樣品拉伸過程中，通過力值的變化，可判定樣品的斷裂點。斷裂點的判定，對于樣品物性的分析尤為重要。斷裂的判斷可采用以下兩種方法，即：暴跌和百分比下降。斷裂發(fā)生可設置激活載荷值，即必須超過某載荷值以上，載荷發(fā)生衰減，才判定樣品斷裂。
本文結(jié)合作者對測試儀器及材料性能的認知，主要介紹膜拉伸測試的部分內(nèi)容。測試樣品的制備也很重要，尺寸的均勻性對測試結(jié)果影響較大。