乙烯塑料环境应力开裂的标准试验方法 ASTM D1693-15 (中文翻译版)

1本试验方法由美国材料与材料学会D20塑料委员会管辖，由D20.15热塑性材料小组委员会直接负责。

现行版本于2015年5月1日批准。2015年6月出版。最初批准于1959年。上一版于2013年批准为D1693-13。DOI: 10.1520/D1693-15。

本标准以固定名称D1693发布；紧跟在名称后面的数字表示最初采用的年份，如果是修订，则表示最后修订的年份。括号中的数字表示上次重新批准的年份。上标（ε）表示自上次修订或重新批准以来的编辑性更改。

本标准经美国国防部机构批准使用。

1、适用范围

1.1本测试方法用于决定如术语D883所定义的乙烯塑料处于此处指定条件下时对环境应力开裂的敏感性。在一定应力条件及诸如肥皂、润湿剂、油或洗涤剂等环境条件下，乙烯塑料可能出现开裂引起的机械性损伤。

1.2以SI单位表述的数值认定为标准值。

1.3本标准无意论及与其使用相关的可能的所有安全事项。本标准的使用者有责任制定适宜的安全和健康操作规程，并在使用前确定规定的适用范围。

注1：没有类似或等效ISO标准。

2、参考文献

2.1 ASTM标准2

2有关参考的ASTM标准，请访问ASTM网站www.astm.org，或通过Service@astm.org联系ASTM客户服务。有关ASTM标准年鉴卷信息，请参阅ASTM网站上的标准文件摘要页。

D618测试用塑料调整方法

D883塑料相关术语

D1204高温下非硬性热塑塑料薄板或薄膜线性尺寸变化的测试方法

D1248用于线缆的聚乙烯塑料挤出材料规格

D3350聚乙烯塑料管及其配件材料规格

D4703热塑性塑料压缩模制成试样、饰板及薄板的操作方法

D4976聚乙烯塑料模制和挤压材料规格

E691开展实验室间研究以确定测试方法精度的规程

2.2 ASTM附件

仪器制图及设计图3

3仪器的详细图纸可从ASTM总部获得。请求ADJD169301、ADJD169302、ADJD169303和ADJD169304。

3、术语

3.1定义：

3.1.1应力开裂，n——由低于塑料短时机械强度的拉应力引起的塑料外部或内部的开裂。

3.1.1.1讨论——这类开裂常常受塑料所处环境的影响而加速发展。存在于塑料内部或外部的应力或者两种应力的共同作用可以引起开裂。由细小裂纹构成的网络状的开裂称为龟裂。

3.1.2应力开裂破损，n——本实验中凡能用眼睛观察到的裂纹均可认为是整个试样的应力开裂破损。刻痕的延伸不应归为试样破损。单个试样出现多于一个开裂归为单一破损。

3.1.2.1讨论——裂纹通常始于刻痕并与刻痕成近90°方向向外围发展。开裂不一定扩展至整个试样才形成破损。有时裂纹在试样内部发展而形成表面塌陷。形成塌陷的时间应予以记录。若塌陷最终发展成表面裂纹，则应将塌陷时间记为试样破损时间。

4、测试方法概要

4.1把表面带有刻痕的试样弯曲并放入表面活性剂介质中，观察给定时间内试样开裂的数量及几率。

5、意义及应用

5.1本测试方法可用于常规检查。本方法是将要求数量的试样置于测试条件下规定时间，并记录开裂的试样数量。用本测试试剂得到的开裂情况表示了在表面活性剂、皂类及任何不使试样发生显著溶胀的有机试剂介质中可能出现的情况。

5.2环境应力开裂特性高度依赖于对试样施加的应力的性质和水平以及试样的热历史。在本测试方法条件下，试样表面刻痕使材料局部产生较大的多轴应力。标准规定的条件有利于材料的环境应力开裂。

注2：如标准D1248所定义的不同类型的聚乙烯塑料通常在不同水平的应变和应力水平下进行测试。但当明确要求在相同应变水平下对不同类型聚乙烯材料进行比较时，所有类型材料的试样应在如表1中B条件下进行测试。

5.3由本方法测试得到的数据不可直接用于工程实际问题。

注3：采用本方法将不同乙烯塑料比较分级成明显不同的组时应慎重（参看第13节和注12）。

由于热历史是一个重要影响因素，通过本方法测试时，用实验室制备的样品得到的测试结果可能与用其他方法得到的样品得到的测试结果不一致。要想测得给定乙烯材料的真实性能，最好用商用材料制备的试样进行测试。

表1 标准测试条件

A尺寸值不严格相等。但是，若用于仲裁，须使用公制单位。

B用于仲裁时，意格倍溶液浓度应与合适的材料标准一致。若没有给定浓度，可用10%体积浓度。

C恒温浴温度为100℃时，测试要用100%试剂而不是试剂的水溶液，因为测试时水的蒸发损失会改变溶液的组成。

图1 刻痕刀架

6、试验装置

6.1冲模——适于切割长38±2.5mm宽13±0.8mm（长1.5±0.1in.，宽0.50±0.03in.），且切口平整、不带斜棱的试样的矩形刀具或其他。

6.2刻痕刀架——能按照刻痕要求，在如表1所示尺寸的试样上进行刻痕。刻痕应与试样的长度方向平行，并位于表面的中心位置。刻痕刀架如图1所示。

注4：建议刻痕刀架定期检查以保证缺口一致性。

6.3试样保持架——硬质或半硬质黄铜长槽，尺寸如图2（B）所示。长槽两侧面应相互平行，且内棱角为尖直角。槽内表面光滑无毛刺。长槽内部宽度有严格要求（参看图2尺寸F）。

尺寸

图2 试验设备

6.4试管及塞子——硬质玻璃管，名义长度200mm，内径最小为31.5mm，有一个软木塞或橡胶塞。也可用尾部带螺纹有塑料帽的试管代替。

注5：一些老式试管内径小于31.5mm，但是只要具备足够的空间，能无阻碍地将装夹试样的试样保持架装入其中，也可应用。

注6：硬玻璃（硼硅酸盐）管和15号软木塞可满足要求。

6.5铝箔——厚度约0.08~0.13mm（0.003~0.005in.），用于包覆塞子。

6.6恒温浴槽——能保证恒温浴温度为50.0±0.5℃及100.0±0.5℃。

6.7试管架——放置试管并保持其水平的架子。

6.8试样弯曲装置——如图3所示。

6.9试样转移工具——如图4所示。

图3 弯曲夹具组件

注1：X=10.5±0.5 mm（0.41±0.02 in.）

图4 转移工具组件

7、试剂

7.1首选试剂是壬基酚聚氧乙烯醚。5

5出于仲裁目的，应从新泽西州克兰布里市Prospect Plains的Rhone Poulenc处获得Igepal CO-630。

注7：处理壬基酚氧基聚（乙氧基）乙醇（CAS 68412-54-4）时存在环境问题，例如Igepal CO-630。建议用户咨询其供应商或当地环境办公室，并遵循为正确处置该化学品而提供的指南。

注8：试剂应贮存在密闭的金属或玻璃容器中以避免其吸湿。

注9：生产商声明，用这种试剂的10%体积浓度的水溶液在50℃条件下测试1000 h时，这种侵蚀剂不会发生已知的降解。

注10：可进行傅里叶变换红外光谱扫描对Igepal溶液进行分析，若观察到羰基带的出现，则可认为试剂已降解。

7.2也可采用其它表面活性剂、皂类及任何不使试样发生显著溶胀的液态有机试剂作为试剂。

8、试样

除非特别说明，试样按标准D4703附录A1中的步骤C进行模塑制备。

注11：模塑时不适用任何液态脱模剂、蜡、抛光剂等等。然而，聚酯薄膜、未塑化的玻璃纸、聚四氟乙烯和铝箔等惰性材料科满足要求。

8.2测试模塑板的内应力时，可从模塑板的任意位置取样并将其放入装有3mm（1/8in.）滑石粉的皮氏培养皿中，再将皮氏培养皿放入热空气干燥箱30分钟，对Ⅰ型和Ⅱ型聚乙烯塑料干燥箱温度保持在130℃，对Ⅲ型和Ⅳ型聚乙烯塑料干燥箱保持在150℃。如果试样纵长方向的收缩量小于10%，则认为模塑板满足要求（参看测试方法D1204）。

8.3从粒料挤压成模塑板后，要在24小时内用冲模或其他装置切取试样。试样尺寸如图2（A）所示，试样切口平整，不带斜棱。

9、试样状态调节

9.1除非特别说明，应按照标准D618步骤A对试样进行状态调节，状态调节至少40 h，最多96 h。试样弯曲、刻痕或用试剂处理后应立即进行试验。

10、试验步骤

10.1根据要求从表1中选择所需测试条件。

注12：通常来说，聚乙烯塑料密度大于0.910 g/cm3不大于0.925 g/cm3时，选用条件A；密度大于0.925 g/cm3时选用条件B。条件C用于加快测试耐环境应力开裂值极高的材料。测试者应参考D1248、D3350或D4976等材料标准以选择测试条件。

10.2用安装在刻痕刀架上的刀片对每个状态调节过的试样在一个表面上进行刻痕，如图2（A）所示。深度千分尺可用于在刻痕刀架上安装刀片，以保证刻痕深度如表1所述可控。测量刀片尖端高度与刀架上放置试样的槽之间的差值，已保证合理安装刀片。

注13：当已有的刀架可实现条件A要求的刻痕深度时，如果要求实现表1中条件B和C的刻痕深度时，可用0.21 mm（0.008 in.）厚的的黄铜垫片来压制较浅的刻痕。黄铜垫片要足够宽已紧密贴合在刻痕刀架放置试样的槽内。垫片长度应延伸超过刀片，大约至刻痕刀架端部，以使刀架能压到垫片的大于1或2in.。刀架的重量压到垫片上能防止垫片在刻痕时变形。垫片另一端切出一个长方形的洞，洞的长度完全适合突出的刀片。由于起皱或变形以致不能使试样水平放置在刀架上的垫片要丢弃。

注14：为保持缺口一致性，建议保持施加到刀架把手上的力保持一致。这可以通过用转矩扳手在把手的同一位置施加力来实现。

注15：缺口深度与刀片安装深度有关，可以在显微镜下观察试样横截面的切片测量刻痕深度，也可以通过在显微镜下观察经液氮冷冻的已断裂刻痕试样的表面来测量。

注16：在偏光显微镜下观察试样的横截面，来检查刻痕质量（边缘是否平直、锋利及是否存在应力集中区域）。

10.3在第一次刻痕以及至少每正常使用30次后再正常视觉下检查刀刃是否有缺口和毛刺。每把刀片刻痕次数不应超过100次，刀刃一旦变钝或磨损应及时更换。

10.4将10个刻痕面向上的试样放置在试样弯曲装置上，在台钳、平板床或其他适当的工具上合拢弯曲装置，真个操作过程在30~35s内完成。用试样转移工具将试样转移到试样保持架中，并使试样两端紧贴试样保持架底部。如果试样在试样保持架中突出过多应人为加压力使其紧贴保持架底部。

10.5保持架需在10分钟内放入试管中，然后立刻向试管内倒入已达到预定温度（23±1 ℃或73.4±1.8 ℉）的新鲜试剂，试剂液面应高于最顶端试样13 mm（0.5 in.）。用包有铝箔的塞子塞紧试管，迅速放入已达选定温度的恒温浴槽中。测试时刻痕不可接触到试管。

注17：浴槽的热容量和供热能力应足够高，以保证放入试样后温度降低不超过1℃。

10.6按标示的时间检查试样并记录试样的总破损数目。

10.7通过以下三种方法之一得到试验结果：

10.7.1试样在规定的时间间隔终点时的破损百分数，如24h时破损50%。

10.7.2试样在达到规定的破损百分数时的时间，单位为小时（h），用fp表示，p为试样破坏的百分数。如f50为10个试样中第5个发生破坏的时间，单位为小时（h）。

10.7.3采用对数—概率坐标绘图法确定试样达到一定破损率时的环境应力开裂时间，单位为小时（h），用Fp表示，p为试样破坏的百分数。例如，F50为概率图中50%线计算的破坏时间，单位为小时（h）。见附录A。

11、常规检查和可接受性

11.1若用于材料的常规检查，每次测试测试至少10个试样得到的结果是令人满意可接受的。

12、试验报告

12.1实验报告应包含如下内容：

12.1.1被测材料的完整标识；

12.1.2试板的准备方法，指从颗粒还是磨粒挤塑而成；

12.1.3试剂及浓度；

12.1.4试验条件（表1）；

12.1.5测试持续时间，单位为小时；

12.1.6试样在规定的时间间隔终点时的破坏百分数，或试样在达到规定的破坏百分数时的时间fp（h），或采用对数—概率坐标绘图法确定试样达到一定破损率时的环境应力开裂时间Fp（h）；

12.1.7测试日期。

13.精密度和偏差6

6支持数据已在ASTM国际总部存档，可通过索取研究报告RR: D20-1200获得。

13.1精密度——表2基于1995年根据标准E691进行的一系列试验，包括5种材料在7个实验室测定的精密度。每种材料由一个实验室挤塑，每个试样由不同实验室进行切割、刻痕和试验。每种材料由每个实验室测试两次。

注18：如下13.2至13.2.4对r和R的解释，只是为了表达考虑这种测试方法大致精密度的有意义的方法。表1的数据不应被严密的用于判断接受或者拒绝一种材料，因为这些数据对一系列试验是有限的，不能覆盖所有批号、条件、材料或实验室。

13.2本测试方法的使用者应应用标准E691所列出的原则，以得到具体到实验室和材料或指定实验室之间的数据。13.2.1到13.2.4的原则对这样的数据有效。

13.2.1重现性（r）和再现性（R）的概念——如果Sr和SR从大量数据中计算得到，那么按如下判断测试结果。

13.2.2重现性（r）——如果对同一种材料测试得到的两个结果差值超过r值，则认为它们不一致。

13.2.3再现性（R）——如果对同一种材料测试得到的两个结果差值超过R值，则认为它们不一致。

13.2.4与13.2.2和13.2.3一致的判断其置信概率为95%。

13.3偏差。本测试方法没有统一认可的判断偏差的标准。

表2 聚乙烯的ESCR，F50（小时）

14、关键词

14.1耐环境性；聚乙烯；应力开裂

附件

（强制性信息）

A1、确定失效点的图解法

A1.1在某些情况下，50%的失效点（F50）与其他失效点一样重要且相关。使用图解法计算50%（或几乎任何其他%）失效点的示例如下：

A1.1.1在不参考0%失效时间的情况下，获得该图解法报告的值。将数据绘制在对数概率图纸上，如图A1.1或图A1.2所示，选择适当的时间刻度，概率以百分比表示。（鼓励用户复制这些数字。）经过的时间属于对数刻度。失效（断裂或裂缝）数量除以原始试样数量，属于概率标度。在样本数量上加一个可提供一个除数：（a）对数据进行对称处理；（b）可绘制所有数据点；（c）不需要表格就容易记住；（d）允许使用任何其他适当数量的样本；（e）被广泛接受。

注A1.1：该绘图约定不一定提供标准偏差的数学最优无偏估计，但使用该约定对十个试样似乎几乎是最优的。由于定期检查的经济必要性，也就是说，在48小时内不连续观察中断，通常会引入相当大的数学偏差。记录的故障时间通常比实际故障时间晚。这一似乎吞没了绘图约定（6），（7）为方便起见引入的轻微偏差。更多信息见参考文献（6-9）和其中包含的参考文献。

A1.2如果一个或多个试样自上次观察后断裂，则为每个失效试样绘制一个点。因此，每个失败的样本将出现一个点。一个点不一定出现在每个观察时间。为绘图绘制最合适的直线。数据线与50%概率线交叉处的时间应为50%失效点（F50）。类似地，F10、F20、F90或Fx信息是从数据线与10%、20%、90%或x%概率线的交点获得的。F0和F100点无法获得，因为它们不存在形式上的意义。

A1.3弯曲时断裂的试样称为在1分钟或更短时间内失效，这是一个任意方便的短时间，短于第一次检验时间。绘图方向仍然有效。方便的适当检查时间为0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2、3、4、5、8、16、24、32、40和48小时。此后每24小时检查一次扩展试验。某些工作时间表将取消16小时和32小时的检查，并可能将8小时、24小时和48小时的检查时间缩短几分钟，以便在8小时的工作日内进行检查。24小时运行的实验室不会受到这个问题的影响。

A1.4使用图解法和图A1.3进行计算的具体示例见表A1.1。

A1.5使用这种图解法时，避免过度挤压。如果某些试样的寿命不合理地延长，则可在所有试样失效之前终止试验。然后可以绘制可用数据。可能导致精度降低。

A1.6通常使用十个试样，以便在图表上显示十个点。有时标本可能会无可挽回地丢失。概率标度上的绘图位置发生变化，但指令保持不变。

注A1.2：参考文献（6）和（7）中给出了一些可能的关于用眼睛拟合直线的提示。

A1.7在体验了试验方法和图形程序后，可能会注意到偶尔出现的异常样本，这违反了可信度。在这种情况下，绘图程序应该是合理的。然而，存在一种可以想象的情况，在这种情况下，明显的异常值是唯一的关注点。

图A1.1 概率×2对数周期

图A1.2 概率×3对数周期