高分子材料应力应变曲线的测定.docx

实验一 高分子材料应力-应变曲线的测定 聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试 验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、 屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷， 抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力 -应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸取向、结晶过程，并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据。 一、目的要求 熟悉拉力机（包括电子拉力机）的使用； 测定不同拉伸速度下PE 板的应力-应变曲线； 掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量； 二、实验原理 应力-应变试验通常实在张力下进行，即将试样等速拉伸，并同时测定试样所受的应力和形变值，直至试样断裂。 应力是试样单位面积上所受到的力，可按下式计算： P ? t ? bd 式中P 为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷 b 为试样宽度，m； d 为试样厚度，m。 应变是试样受力后发生的相对变形，可按下式计算： ? ? I ? I t I 0 0 ?100% 0式中 I 为试样原始标线距离，m； 0 I 为试样断裂时标线距离，m。 应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分，按下式计算弹性模量 E（MPa，N/m2）： E ? ? ? 式中σ 为应力；ε 为应变。 在等速拉伸时，无定形高聚物的典型应力-应变曲线见图 15-1： ?? ? ? t ? ? y a O ? ? ? a y t ? 图 15-1 无定形高聚物的应力-应变曲线 a 点为弹性极限，σ a 为弹性（比例）极限强度，ε a 为弹性极限伸长率。由 0 到 a 点为一直线，应力-应变关系遵循虎克定律σ ＝Eε ，直线斜率 E 称为弹性（杨 氏模量）。y 点为屈服点，对应的σ 和ε 称为屈服强度和屈服伸长氯。材料屈服后 y y 可在 t 点处断裂，σ 、ε 为材料的断裂强度、断裂伸长率。（材料的断裂强度可大 t t 于或小于屈服强度，视不同材料而定） 从σ 的大小，可以判断材料的强与弱，而从ε 的大小（从曲线面积的大小） t t 可以判断材料的脆与韧。 ?? ? ? t ? c O ? ? c t 图 15-2 晶态高聚物的应力-应变曲线 ? 在 c 点以后出现微晶的取向和熔解，然后沿力场方向重排或重结晶，故σ c 称重 结晶强度。从宏观上看，在c 点材料出现细颈，随拉伸的进行，细颈不断发展，到细颈发展完全后，应力才继续增大到t 点断裂。 由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响，因此必须在广泛的温度和速度范围内进行。工程上，一般是在规定的湿度、速度下进行，以便比较。 三、试样要求 试样制备和外观检查。制成如图 15-3 所示的哑铃形的样条，试样表面应光滑、平整，不应有气泡、杂质、机械损伤等。 每组试样不少于 5 个。 图 15-3 四、试验条件： 试验速度（空载） A：10mm/min ? 5mm/min； B：50mm/ min ? 5mm/min； C：100mm/min ? 10mm/min 或 250mm/min ? 50mm/min。以 100mm/min ? 10mm/min 的速度试验，当相对伸长率≤100 时，用 100mm/min ? 10mmn/min；相对伸长率＞ 100 时，用 250mm/min ? 50mm/min。 热固性塑料、硬质热塑性塑料：用A 速度。 伸长率较大的硬质热塑性塑料和半硬质热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等）：用 B 速度。 软板、片、薄膜：用C 速度。 测定模量时，速度为l mm/min～5 mm/min，测变形准确至 0.01 mm。 五、试验设备： 拉伸试验机或电子拉伸试验机（试验机示值应从每级表盘满刻度的 10％～ 90％，但不小于试验机最大载荷的 4％读取，示值的误差应在 l％之内） 注：电子拉力试验机按有关规定执行。 六、试验步骤： l．实验应在一定的温度（热塑性塑料为 25℃±2℃，热固性塑料为 25±5℃）和湿度（相对湿度为 65％±5％）下进行。 2．测量模塑试样和板材试样的宽度和厚度准确至0.05mm；片材厚度准确至0.01mm；薄膜厚度准确至 0.00lmm。每个试样在标距内测量三点，取算术平均值。3．测伸长时，应在试样平行部分作标线，此标线对测试结果不应有影响。 夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合。并且要松紧适 宜，以防止试样滑脱和断在夹具内为度。夹持薄膜要求夹具内垫橡胶之类的弹性材料。 按规定速度，开动机器，进行试验。 试样断裂后，读取屈服时的负荷。若试样断裂在标线之外的部位时，此试样作废，另取试样补