塑料拉伸性能.ppt

拉伸性能测试介绍 主要内容 1拉伸性能2拉伸性能测试原理及试样要求3测量方法4拉力机使用说明5数据处理6实验设备7影响拉伸性能的因素 材料力学性能的介绍 Thefourtypesofstresses Mechanicalpropertiesofmaterials 强度 Strength 材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的最大能力 屈服强度 表示材料发生明显塑性变形的抗力Ps或 抗拉强度 b Pb F0断裂前单位面积上所承受的最大应力 刚度 Stiffness 外应力作用下材料抵抗弹性变形能力 弹性模量 E 韧性 Ductility 材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力 断裂韧性 KIC 塑性 Plasticity 外力作用下 材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力 Mechanicalpropertiesofmaterials 应力 应变 Mechanicalpropertiesofmaterials 1 1定义拉伸强度 在拉伸试验中 试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力 拉伸应力 试样在计量标距范围内 单位初始横截面上承受的拉伸负荷 拉伸断裂应力 曲线上断裂时的应力 拉伸屈服应力 曲线上屈服点处的应力 断裂伸长率 试样断裂时 标线间距离的增加量与初始标距之比 弹性模量 比例极限内 材料所受应力与产生的相应应变之比 屈服点 曲线上 不随 增加的初始点 应变 材料在应力作用下 产生的尺寸变化与原始尺寸之比 1拉伸性能 1 2高分子应力 应变过程 弹性形变 开始 Y 应力随应变正比地增加 直线斜率 杨氏模量E 由高分子的键长键角变化引起的 屈服应力 应力在Y点达到极大值 这一点叫屈服点 其应力 y为屈服应力 强迫高弹形变 大形变 过了Y点应力反而降低 由于此时在大的外力帮助下 玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动 高分子链的伸展提供了材料的大的形变 这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样 只不过是在外力作用下发生的 为了与普通的高弹形变相区别 通常称为强迫高弹形变 这一阶段加热可以恢复 应变硬化继续拉伸时 由于分子链取向排列 使硬度提高 从而需要更大的力才能形变 断裂达到B点时材料断裂 断裂时的应力 b即是抗张强度 t 断裂时的应变 b又称为断裂伸长率 直至断裂 整条曲线所包围的面积S相当于断裂功 E越大 说明材料越硬 相反则越软 b或 y越大 说材料越强 相反则越弱 b或S越大 说明材料越韧 相反则越脆 1 3高分子典型应力 应变曲线I a 的特点是软而弱 拉伸强度低 弹性模量小 且伸长率也不大 如溶胀的凝胶等 b 的特点是硬而脆 拉伸强度和弹性模量较大 断裂伸长率小 如聚苯乙烯等 c 的特点是硬而强 拉伸强度和弹性模量大 且有适当的伸长率 如硬聚氯乙烯等 d 的特点是软而韧 断裂伸长率大 拉伸强度也较高 但弹性模量低 如天然橡胶 顺丁橡胶等 1 3高分子典型应力 应变曲线 1 3高分子典型应力 应变曲线III e 的特点是硬而韧 弹性模量大 拉伸强度和断裂伸长率也大 如聚对苯二甲酸乙二醇酯 尼龙等 常用高分子材料的应力 应变曲线 2拉伸性能测试原理及试样 参照标准 国标GB T1040 922 1原理拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷 使其破坏 通过测量试样的屈服力 破坏力和试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度拉伸强度和伸长率 拉伸性能测试试样 低碳钢 铝合金 铸铁 高分子材料 复合材料 2 2高分子试样的制备和尺寸要求I I型试样及尺寸 图I型试样 I型试样尺寸要求 2 2II型试样及尺寸 图II型试样 II型试样尺寸要求 2 2试样的制备和尺寸要求III III型试样及尺寸 图III型试样 III型试样尺寸要求 2 2试样的制备和尺寸要求IV IV型试样及尺寸 图IV型试样 IV型试样尺寸要求 2 2试样的制备和尺寸要求V 塑料材料选择试样类型测试速度参考 A 1 50 B 2 20 C 5 20 D 10 20 E 20 10 F 50 10 G 100 10 H 200 10 I 500 10 为何要选定拉伸速度 因为塑料属粘弹性材料 它的应力松驰过程与变形速率紧密相关 应力松驰需要一个时间过程 当低速拉伸时 分子链来得及位移 重排 呈现韧性行为 表现为拉伸强度减少 而断裂伸长率增大 高速拉伸时 高分子链段的运动跟不上外力作用 呈现脆性行为 表现为拉伸强度增大 断裂伸长率减少 硬而脆的塑料较低的拉伸速度韧性塑料较高的拉伸速度 3 测量方法 试样的状态调节和试验环境按国家标准规定 在试样中间平行部分做标线 示明标距 测量试样中间平行部分的厚度和宽度 精确到0 01mm II型试样中间平行部分的宽度 精确到0 05mm 测3点 取算术平均值 夹具夹持试样时 要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合 且松紧适宜 选定试验速度 进行试验 记录屈服时负荷 或断裂负荷及标距间伸长 试样断裂在中间平行部分之外时 此试样作废 另取试样补做 4拉力机使用说明 按以下顺序开机 试验机 打印机 计算机 每次开机后 最好要预热10分钟 待系统稳定后 再进行试验工作 准备好楔形拉伸夹具 若夹具已安装到试验机上 则对夹具进行检查 并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置 点击桌面上的图标 开始拉伸测试 拉伸测试界面 分别将上 下夹具装到试验机的上 下接头上 插上插销 旋紧锁紧螺母 先搬动上夹具的上搬把 使钳口张开适当的宽度 大于所装试样的厚度即可 将试样一端放入上夹具钳口之间 并使试样位于钳口的中央 松开上搬把 将试样上端夹紧 在夹好试样一端后 力值清零 点击力窗口的按钮 再夹另一端 将大变形的上下夹头夹在试样的中部 并保证上下夹头之间的顶杆接触 以保证试样原始标距的正确 本实验顶杆的间距设置为50mm 点击 开始自动试验 点击拉伸功能窗口 进入数据处理窗口 点击数据处理窗口中的 输入试样的宽度和厚度 之后确定退出 生成相关的报告 关闭试验窗口及软件 关机顺序 试验软件 试验机 打印机 计算机 5数据的处理 拉伸强度或拉伸断裂应力 拉伸屈服应力 偏置屈服应力按下式计算 t F bd t 拉伸强度或拉伸断裂应力 拉伸屈服应力等 MPa F 最大负荷或断裂负荷 屈服负荷 偏置屈服负荷 N b 试样宽度 mm d 试样厚度 mm 断裂伸长率按下式计算 L L0 L0 100 断裂伸长率 L0 试样原始标距 mm L 试样断裂时标线间距离 mm 电子万能试验机 6实验设备 电子万能试验机的结构 主机交流伺服电机及传动系统 力传感器 机架 滚珠丝杆 位移传感器 限位开关 控制面板 急停开关等 电控系统力测量系统 变形测量系统 位移测量系统及驱动控制系统 通讯系统等 微机软件由计算机进行试验方案制定与选择 数据处理 分析 试验过程检测 结果输出 夹具根据试样选取 7影响拉伸性能的因素 一 成型条件成型过程中 制品受到热 分子取向等作用 影响其力学性能连续或者间歇过热造成分子热分解 成型压力 模具设计 温度等条件不适宜时 引起试样变形 急剧冷却或缓慢冷却 引起残余应力的保留程度 结晶度 结晶粒子大小等方面不同 成型过程使分子取向时引起各向异性 成型后热处理 制品除去残余应力 例如 聚碳酸酯的成品经退火处理 成品的耐环境应力开裂改善 弯曲强度增加 但是冲击强度稍稍下降 二 温度与湿度 二 温度与湿度 热固性树脂不会因温度不同而得到不同的曲线 热塑性树脂 伴随着温度上升 曲线从硬脆性向黏弹性转移 塑料在Tg以下是坚硬的状态 超过Tg时急速变软在Tg附近 结晶性高分子弹性模量下降到1 10 无定形高分子弹性模量下降到数1 1000 结晶性高分子随温度变化伸长率在1 I000 范围内变化 拉伸强度在10倍以内变化 三拉伸速度的影响 塑料属粘弹性材料 它的应力松弛过程与变形速率紧密相关 应力松弛需要 个时间过程 当低速拉伸时