高分子材料的拉伸性能

《高分子材料的拉伸性能测试》实验指导书

一、实验目的

1、测试热塑性塑料拉伸性能。

2、掌握高分子材料的应力—应变曲线的绘制。

4、了解塑料抗张强度的实验操作。

二、实验原理

拉伸试验是材料最基本的一种力学性能试验方法，可以得到材料的各种拉伸性能，包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、伸长率、应力-应变曲线等。拉伸试验是指在规定的温度、湿度和试验速度下，在试样上沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏，此时材料的性能指标如下：

1.拉伸强度为：

(1)

式中 σ--拉伸强度，MPa;

P---破坏载荷（或最大载荷) ，N;

b---试样宽度，cm;

h---试样厚度，cm.

2. 拉伸破坏(或最大载荷处) 的伸长率为： (2)

式中 ε---试样拉伸破坏(或最大载荷处) 伸长率，%;

ΔL 0-破坏时标距内伸长量，cm;

L 0---测量的标距，cm,

3.拉伸弹性模量为：

(3)

式中 E t---拉伸弹性模量，MPa ；

ΔP —荷载-变形曲线上初始直线段部分载荷量，N ；

ΔL 0—与载荷增量对应的标距内变形量，cm 。

4. 拉伸应力-应变曲线

如果材料是理想弹性体，抗张应力与抗张应变之间的关系服从胡克定律，即：σ = Eε 式中: E－杨氏模量或拉伸模量；σ－应力；ε－应变

聚合物材料由干本身长链分子的大分子结构持点，使其具有多重的运动单元，因此不是理想的弹性体，在外力作用下的力学行为是一个松弛过程，具有明显的粘弹性质。拉伸试验时因试验条件的不同，其拉伸行为有很大差别。起始时，应力增加，应变也增加，在A 点之前应力与应变成正比关系，符合胡克定律，呈理想弹性体。A 点叫做比例极限点。超过A 点后的一段，应力增大，应变仍增加，但二者不再成正比关系，比值逐渐减小；当达到Y 点时，其比值为零。Y 点叫做屈服点。此时弹性模最近似为零，这是一个重要的材料持征点。对塑料来说，它是使用的极限。如果再继续拉伸，应力保持不变甚至还会下降，而应变可以在一个相当大的范围内增加，直至断裂。断裂点的应力可能比屈服点应力小，也可能比它大。断裂点的应力和应变叫做断裂强度和断裂伸长率。

高分子材料是多种多样的，它们的应力—应变曲线也是多样的并且受外界条件的极大影响。

材料的应力—应变曲线下的面积，表示其反抗外力时所做的功，因此根据应力－应变曲线的形状就可以大致判断出该材料的强度和韧性。

三、仪器装置与原材料

微机控制万能材料试验机 1套

游标卡尺 1个

按照标准制备哑铃型样条 PP ，PS 若干

四、试验步骤

1．试验前的准备

(1)试样制作：

在拉伸试验中，应选择适当的试样形状和尺寸，使其拉伸时在有效部分断裂。一般都是哑铃形试样，主要是选择适当的过渡圆弧半径和有效宽度。在塑料拉伸试验国家标准方法中，对各种试样(如压注、压制、浇铸、硬板材、软片、薄膜等) 的形状、尺寸、圆弧半径都做了统一的规定，准备试佯时应严格按照尺寸加工制作。

(2)试样预处理：

如前所述测试结果与温度、湿度有密切关系，因此在测试之前除了进行必要的后处理(如退火、淬火) 之外，还需在与试验条件相同的条件下放置一定时间，使试样与试验条件的环境达到平衡。一般试样愈硬厚。这段时间应愈长一些，这在国家标准中都有规定。

(3)拉力试验机的准备工作：

耍保证测试顺利进行利和结果准确，拉力试验机的良好工作状态是必不可少的。微机控制万能材料试验机的准备工作包括：

①首先调节工作室的温度和湿度使之符合国家标准的要求。(本实验不作要求)

②开启试验机的总电源，预热10分钟。

③选择合适量程的力传感器。把选定的传感器放到主机顶部传感器座上固定，用电缆把传感与测力放大器相连，同时在传感器上装好夹具。

2．测试步骤

1）在实验前用游标卡尺精确测量厚度。每根试样测量三点取算术均值，并计算截面积A 0，用游标卡尺在试上对称选取l 0=25mm作为标线间距离。

2）试验条件：打开试验机拉伸软件，选择所需拉伸速率，本实验选取(mm／min) ：5， 50。

3）把试样夹持在上夹具，并保持竖直。轻按下行开关，夹紧试样下端。

4）仪器负荷调零，位移调零。

5) 按运行按钮，开始试验。实验过程中，电脑程序上自动记录了X-Y （载荷-形变）曲线。

6) 试样断裂后，保存试样数据。

7)重复步骤3-6，完成本组实验。

3. 关闭试验机和拉伸机，打扫卫生，清理场地。

五、数据处理

1、由试样的初始尺寸计算抗拉强度、断裂强度；

试样有效部分长度人L0，试样厚度d ，试样有效部分宽度b ，抗拉强度的计算：

σ = F / (b*d) 其中F 是最大破坏载荷，由于不同材料拉伸时断裂点的载荷可能小于屈服点载荷，也可能大于屈服点载荷。因此计算抗拉强度时所指的是最大破坏载荷，不一定是断裂点的载荷，而是应力-应变曲线上最大应力点的载荷。

3．断裂伸长率

ε ＝ （（L —L 0）/ L0）×100％

其中L 0试样韧始有效长度，L 是试样断裂时标线间的距离。L —L 0 =△L 是试样拉伸至断裂时的总伸长值．可以从载荷—形变X-Y 曲线上直接读出。

4．起始弹性模量Et

Et ＝ △σ / △ε

式中：△σ，△ε分别是比例极限点以内任一点的应力与应变。

Et 可以直接从X-Y 曲线上求得。

Et = (F *L0) / [ b*d*（L —L 0）]

4、由拉伸记录曲线绘制应力应变曲线。

六、思 考 题

1、高分子材料有几种类型的应力-应变曲线?

2、比较橡胶、塑料及纤维的应力-应变曲线有何不同?

3、温度对拉伸性能什么影响？

七、实验参考书

1、何平笙、杨海洋、朱平平主编：《高分子物理实验》，中国科学技术大学出版社，2002。

2、刘建平、郑玉斌主编：《高分子科学与材料工程实验》，化学工业出版社，2005。

3、韩哲文主编：《高分子科学实验》，华东理工大学出版社，2005。

4、张兴英、李齐方主编：《高分子材料实验》，化学工业出版社，2003。

5、欧国荣 张德震 主编：《高分子科学与工程实验》，华东理工大学出版社，1997。