皮革梯形撕裂强度测定标准试验方法(D6077-16)

📋 概述与适用范围

本标准编号为D6077‑16,最初于1997年批准,2016年修订,2023年通过最新再批准。其归属于ASTM委员会D31(皮革)下的D31.05子委员会(家具革)。标准主要规定了通过梯形法测定皮革撕裂负荷的完整流程,适用于各类鞣制皮革,但明确排除铬鞣半成品(即蓝湿皮)。蓝湿皮因纤维网络尚未完全固定,水分含量高,采用梯形法无法获得稳定且具有代表性的结果。

标准以国际单位制(SI)为正式计量单位,括号内给出英制换算值。它引用了两个关联标准:D1610(皮革及其制品测试前的条件处理)和D2813(皮革物理和化学测试取样方法),保证了试验环境与取样过程的一致性。该试验方法的核心价值在于通过撕裂负荷间接评估皮革内部纤维的交织程度与结合强度,可用于判断皮革在不同方向上(平行或垂直背脊线)的撕裂难易性,为材料筛选、品质控制以及产品设计提供量化依据。

由于皮革是一种各向异性天然材料,其纤维沿背脊方向具有明显的取向性,因此本方法特别强调平行和垂直两个方向的测试。通过与其它撕裂试验(如裤形法、单舌法)的比较,梯形法更能反映纤维束间的摩擦力与互锁效应,特别适合评价皮革这类非均质、纤维缠绕型材料的抗撕裂性能。

提示:选用标准模板裁切试样能有效保证梯形尺寸一致,从而减小试验结果的离散性,提高数据的可比性。

⚙️ 试验原理与方法

本方法依据梯形缺口撕裂原理:在一块长方形的皮革试样上按图1(标准附图)标记一个等腰梯形,梯形的两腰为夹持边,上底短于下底,并在上底中央预制一个规定深度的切口。将试样两腰分别夹入拉力试验机的上下钳口,钳口间距固定,切口位于两钳口之间。当试验机以恒定速率拉伸时,应力集中于切口尖端,引发撕裂并沿宽度方向逐步扩展至整个断面。试验机通过自动记录系统绘制出完整的负荷‑伸长曲线,该曲线的最高点即为试样的断裂负荷(即梯形撕裂强度)。

所需设备为恒速拉伸型拉力试验机(CRT),配备自动记录仪实时描绘负荷‑伸长曲线。夹钳的接触面尺寸必须为25 mm×75 mm,且长边与拉伸方向垂直,以确保试样被均匀夹紧。标准允许使用专用模板来裁切梯形试样,也可附带棘轮装置只允许单向运动,进一步减少夹持滑移误差。取样按照D2813执行,从皮革的代表性部位(如肩部、臀部)切取,并在平行和垂直于背脊线(或切割边)两个方向上各取至少五个有效试样,推荐总试样数不少于十个。

在测试前,所有试样必须按照D1610规定的标准条件进行调理,一般控制在23 ± 2 °C和50 ± 5 %相对湿度下放置至少24 h,使水分达到平衡。正式测试时,将调理好的试样正确安装在夹钳中,切口朝下,梯形腰边平行夹持边缘,然后启动试验机,横梁移动速度按标准设定(一般为300 mm/min,但需以最新版本为准),持续拉伸直至试样完全断裂。从自动记录曲线上读取最大力值,精确到0.1 N。

注意:试样夹持时务必使两腰完全纳入钳口,且缺口中心与钳口中心对齐;任何偏斜都会改变撕裂路径,导致结果失真。

📊 技术参数与指标

下表汇总了本试验涉及的设备要求、试样规格及环境控制参数。所有数值均直接来自标准原文或由标准引用的规范推导而来,使用者应严格按照表中数值执行以确保结果有效。

表1 试验方案关键参数
🟦参数📏要求
试验机类型恒速拉伸型(CRT)
夹钳尺寸25 mm × 75 mm(长边⊥拉伸方向)
拉伸速率按标准最新规定(通常为300 mm/min)
记录方式自动记录负荷‑伸长曲线
试样总数至少10个(每方向不少于5个)
取样依据D2813
条件处理依据D1610(23 ± 2 °C,50 ± 5 %RH)
测试环境同条件处理的标准大气
结果取值负荷‑伸长曲线最高点(断裂负荷)
表2 试样方向与测试意图
📐方向🎯测试目的
平行于背脊线评估皮革纵向纤维交织强度,反映沿背脊方向的抗撕裂能力
垂直于背脊线评估皮革横向纤维交织强度,揭示皮革各向异性程度
两方向对比判断纤维取向对撕裂性能的影响,为裁剪与设计提供参考

标准中未给出具体的撕裂强度等级划分,因为不同种类(如鞋面革、家具革)和不同鞣制工艺的皮革性能差别很大。使用者应基于本试验获得的平均断裂负荷结合产品标准或合同要求来判定是否合格。试验报告需注明试样方向、调理条件及仪器信息,确保可追溯性。

🔬 工程应用与注意事项

梯形撕裂强度是皮革制品(尤其是鞋类、箱包、汽车座套和沙发革)质量控制的核心指标之一。该指标直接关系到产品在使用过程中抵抗意外撕裂的能力,例如沙发面革在长期弯折和张力作用下是否出现裂缝。通过本试验可定量评估不同鞣制工艺、加脂剂用量及涂层处理对纤维网络强度的影响,帮助工艺人员优化配方与流程。此外,在来料检验中,批次间的撕裂强度波动往往暗示原料皮质量或工艺稳定性的变化,可作为预警信号。

实际操作中注意以下要点:第一,取样部位必须规范化——臀部和肩部因纤维密度不同,结果差异明显,应在标准规定的区域内取样。第二,试样裁切时要用锋利模具一次性完成,边缘光滑,避免毛刺引起的提前撕裂。第三,夹持时确保梯形两腰完全接触钳口,且缺口距钳口下缘保持固定距离(一般为10 mm),防止滑移。第四,拉伸速率应严格按照标准设定,速率过快会导致撕裂未充分发展而数值偏低。第五,湿度是最大变量之一,皮革回潮率每变化1 %,撕裂强度可能变化5 %~10 %,因此条件处理时间不得缩短。

成功要点:坚持平行、垂直双方向测试,取平均值作为代表值,可全面反映皮革撕裂性能,避免因方向性缺陷导致产品失效。

另外,蓝湿皮严禁用本方法测试,因其纤维未定型,结果无意义。若客户提供蓝湿皮样品,应协商采用其他专用方法。对于超厚皮革(厚度超过5 mm),夹持时可能出现钳口压紧不足,可适当减小厚度或改用加强钳口。所有试验机应定期用标准砝码或力值传感器校验,确保负荷读数误差在±1 %以内。

关键注意:本试验方法不适用于蓝湿皮样品!蓝湿皮的纤维网络尚未完全定型,测试结果无效,且可能损坏夹钳。

❓ 常见问题解答

🔍 问:D6077‑16标准为什么明确不适用于蓝湿皮?
答:蓝湿皮是铬鞣半成品,其胶原纤维仍处于水合状态,网络结构未稳定固定,机械性能随含水率剧烈波动。此时用梯形法测得的撕裂负荷缺乏代表性和重复性,无法预测成品革的实际表现。因此标准将蓝湿皮排除在适用范围之外,保证测试对象的适用性。
💡 问:梯形撕裂法与裤形撕裂法有何本质区别?
答:梯形法利用开口试样在拉伸过程中逐步扩展撕裂,负荷主要克服纤维间的摩擦与纠缠,反映整体纤维网络的结合强度;裤形法则沿切口直接撕裂,更多体现纤维束自身的拉伸强度。对于皮革这种非织造结构,梯形法更能模拟实际使用中裂口扩散的情况,故被选为标准方法。
⚡ 问:为什么必须测试平行和垂直于背脊线两个方向?
答:皮革背脊线是纤维走向的主轴线,平行方向纤维排列紧密,撕裂强度通常较高;垂直方向纤维交叉较多,强度可能偏低。测试两个方向可以量化这种各向异性,帮助设计人员合理排料,避免将脆弱方向置于受力关键部位,同时也能评价鞣制和整饰工艺对纤维定向的改变。
📌 问:试样数量要求十个是基于什么考虑?
答:十个试样(每方向五个)是统计质量控制的最低样本量,可在合理成本下获得平均值的可靠估计。皮革本身存在天然不均匀性,增加试样数量有助于减小变异系数,提高判断的置信度。若客户另有要求或内部质量控制需要,可适当增多,但不可少于标准规定的最低数量。
🎯 问:日常测试中最容易忽视哪些细节导致结果偏差?
答:常见偏差来源包括:①试样未充分调理(尤其湿度不足或过高);②梯形缺口深度不一致(标准要求刚好切透且不延长);③夹持时未使用棘轮导致试样滑移;④试验机钳口磨损或未对齐;⑤读数时取错曲线特征点。建议制定标准操作程序并定期开展人员比对,确保每位操作者手法统一。

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