服务案例 | 塑料PA6拉伸强度检测异常原因核查
2025-10-14A公司向我中心反馈，其委托某第三方检测机构对PA6材料进行拉伸强度测试，结果显示合格（≥140MPa），但A公司内部测试结果却不合格（125-135MPa）。由于测试结果存在显著差异，A公司委托国高材分析测试中心对该异常情况进行根本原因分析。
国高材分析测试中心接到委托后，首先按照第三方检测机构的测试方法对同批次PA6材料进行了复测，确认第三方检测机构的结果准确可靠。基于此，判断问题根源在于A公司内部的测试环节，遂对A公司的测试环境、设备及人员操作等影响因素开展系统性现场排查工作。
2.1 系统性异常假设分析过程
通过对同批次PA6材料的测试数据比对发现，A公司与第三方检测机构的拉伸强度测试结果存在显著差异，均值偏差约为-7.51%（即A公司测试数据偏小）。由于A公司未保存完整的应力-应变曲线，无法基于曲线形态进行深入分析。因此，在开展现场测试前，需对可能导致测试结果偏差的原因进行系统性假设分析。
基于"人、机、料、法、环"五个维度，具体分析如下：
人员操作：在塑料拉伸测试过程中，操作人员的规范性直接影响测试结果的准确性。若试样装夹时未对中、夹持力过大或过小，可能导致试样提前断裂或应力集中，从而降低拉伸强度测试值。因此，需核查A公司的操作流程是否符合标准要求，重点关注试样装夹方式及操作一致性。
测试设备：试验机传感器的精度、测试力值范围的定期校准、夹具的磨损、位移速度的控制，这些关于设备的核查会影响测试结果的准确性，从而对拉伸强度的测试产生影响。
材料因素：本次测试样品为同批次PA6材料，第三方检测机构、国高材分析测试中心和A公司测试的均为相同来源样品，因此可排除材料差异性的影响。
测试方法：经确认，第三方检测机构、国高材分析测试中心与A公司均采用GB/T 1040.1-2018进行拉伸测试。但现场需进一步核查A公司在速率设置、数据处理等方面是否严格遵循标准。
测试环境：由于PA6材料对湿度较为敏感，其力学性能受环境湿度影响显著。第三方检测机构和国高材分析测试中心的测试及状态调节均在标准恒温恒湿环境（23±2℃、50±10% RH）下进行，而A公司测试环境若未严格控制湿度，可能导致材料吸湿软化，从而降低拉伸强度。
2.2 前期准备工作
基于前期建立的系统性假设，为确保现场测试的有效性和可比性，需提前完成标准样条和设备核查的准备工作。采用A公司同批次PA6材料作为比对样条，该样品在测试前经过120℃烘干4小时处理，并在标准环境条件（23±2℃、50±10% RH）下调节24小时，最后采用铝箔密封袋封装后带至A公司实验室。
在测试准备过程中，还需特别关注测试设备的精度验证。考虑到拉伸强度计算中应力数据的关键作用，本次测试携带了一台在校准有效期内的10kN力值传感器，用于现场核查A公司实验室万能材料试验机的力值示值误差。
通过这样系统性的准备工作，为后续分析A公司测试数据偏差的原因提供了可靠依据。
现场测试时，首先根据系统性假设分析检查A公司实验室测试环境、设备情况，随后观察测试人员操作情况，最后采用准备的标准样条进行现场测试比对，以此识别测试结果差异的根本原因。
3.1 设备情况核查
1)设备校准核查
依据《GB/T 16825.1—2008 静力单轴试验机的校验》标准规定，“试验机所使用的每个测力范围，以及配用的所有力值指示装置，均需开展校准工作”。
对于该款PA6产品，其拉伸强度要求为140MPa，由于该材料无屈服现象，其拉伸强度应等于拉伸断裂应力，经公式推导，拉伸过程中最大力约为6000N。
然而，A公司所展示的设备校准报告表明，其设备最小校准力达30kN，显著超出该样条拉伸过程中的最大力。由此可见，A公司采用未校准的力值范围进行测试，对结果准确性构成了严重影响。
2)设备传感器量程
在塑料拉伸性能测试中，测试设备的合理选型对结果准确性至关重要。第三方检测机构采用20kN量程传感器，A公司则使用300kN量程传感器。尽管《GBT 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》标准中未对测试设备量程作出明确量化规定，但清晰要求试验机需匹配合适量程传感器，且测试力值应处于校准范围（通常为传感器量程的20%-100%）。
A公司使用300kN量程传感器测试PA6材料（拉伸最大力约6000N，仅为传感器量程的2%），既不符合测试力值需在校准范围的规范要求，也因处于低应力响应与高舍入误差区间，无法保障数据可靠性。
3)设备夹具松动问题
夹具的松动对于拉伸强度的测试同样有重大影响，标准《GBT 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》原文中明确规定，"平稳而牢固地夹紧夹具，以防止试验中试样滑移和夹具的移动"。
测试前检查A公司夹具发现，其在受力状态下会左右晃动，这可能会导致测试过程中拉伸力无法沿试样轴向均匀传递，出现局部应力集中或打滑问题。造成样品提前断裂、摩擦力不足而导致应力损失、载荷不稳定出现突然下降或波动等情况，这些都是导致拉伸强度偏低的原因。
图1 现场测试A公司设备应力-应变曲线
3.2 人员操作核查
在拉伸测试过程中，操作人员对试样的夹持方式及操作规范性是影响测试结果准确性的关键因素，需予以严格控制。
根据标准《GB/T 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》9.3节关于人员夹持的要求中写到："将试样放到夹具中，务必使试样的长轴线与试验机的轴线成一条直线。"
实际观察发现A公司的测试人员在测试时缺乏对中意识，样条夹持的偏离会导致样条受到剪切力，从而提前断裂，因此测试结果会偏低，这也与A公司力值偏大而测试结果偏小的实验现象相符。
3.3 测试环境核查
PA6作为典型的吸湿性高分子材料，其力学性能对环境湿度变化表现出高度敏感性。根据国家标准《GB/T 1040.1-2018 塑料 拉伸性能的测定 第1部分：总则》的明确规定，除非能够证明材料性能对湿度不敏感，否则所有试样的状态调节及力学测试均应在(23±2)℃的温度和(50±10)%RH的相对湿度条件下进行。
PA材料的吸湿特性源于其分子结构中的极性酰胺基团(-CONH-)，这些基团能够与水分子形成氢键作用。当环境湿度超过标准范围时，PA材料会通过吸湿过程改变其内部结构状态：一方面，水分子渗入材料内部会破坏聚合物分子链间的氢键网络，产生塑化效应；另一方面，吸水会导致材料玻璃化转变温度(Tg)的显著降低。这些微观结构的变化直接反映在宏观力学性能上，主要表现为拉伸强度下降、弹性模量降低，同时断裂伸长率增加。
在材料力学性能测试实践中，确保测试结果的可比性与准确性必须建立在严格执行标准规定的温湿度控制要求基础之上。
然而，通过对A公司测试区域的实地考察发现，该测试场所缺乏必要的温湿度调控设备。进一步调查表明，A公司在接收样品后未按照标准程序进行状态调节便直接开展测试。这一操作流程的缺失导致无法有效控制材料在测试前的吸湿行为，在非标准环境条件下进行的测试，其所得数据的可靠性与准确性均无法得到保证。
3.4 现场测试比对
采用事先准备的经过烘干及恒温恒湿调节的拉伸样条进行本次拉伸强度比对测试，测试数据如下：
表1 测试数据比对
测试人员 |
测试设备 |
测试结果（Mpa） |
平均值（Mpa） |
A公司测试员 |
A公司试验机1 |
168、169、167 |
168 |
国高材测试员 |
A公司试验机1 |
172、171、173 |
172 |
国高材测试员 |
国高材试验机2 |
173、172、174 |
173 |
基于比对测试结果分析，可得出以下结论：首先，在控制变量实验中，当国高材分析测试中心工程师与A公司使用同一台测试设备时，A公司的测试数据仍呈现系统性偏低现象；其次，在操作人员固定的前提下，采用A公司不同设备进行测试时，所得数据同样显著偏低。
结合现场对A公司测试环境的观察记录以及测试曲线特征分析，可以确证A公司测试数据偏差主要源于三方面因素：设备系统误差、环境条件控制失当以及操作规范性与标准要求的偏离。这一结论与前期关于数据异常原因的假设分析高度吻合，验证了本次排查流程的科学性与有效性。
在材料力学性能测试领域，不同实验室间测试结果出现偏差是较为常见的现象。针对此类情况，特别是涉及拉伸强度测试的异常结果时，需要建立系统化的分析框架和处理流程，建议采用"人、机、料、法、环"五要素分析法开展全面排查。
通过对本次异常案例的系统分析，我们为A公司识别出了三个主要问题点：设备量程选择不当且未在有效校准范围内、测试环境条件不符合标准要求、人员操作规范性不足。针对这些问题，我们为A公司制定了相应的整改方案，包括设备升级建议、环境控制系统建设和操作人员培训计划。
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