实验讲义-高分子2010-4.doc

高分子材料专业实验指导书实验二十二 塑料常规力学性能测试 拉伸试验原理一、 有关力学基本概念（一）力的分类1、外力 外力又称载荷，是由其它的物体的作用而产生的。这种外力使物体改变位置，发生尺寸和形状的变化。外力由可分为表面力和质量力两种。前者使通过其他物体预该物体表面作用而产生的外力，后者是作用在该物体内所有各质点上的外力（如万有引力、自重力等）。2、内力 内力是物体本身一部分对另一部分作用而产生的力。内力可分为两种：一是“固有内力”如聚合物内部原子、分子之间的相互作用力；二是在外力作用下使物体发生形变，同时在物体内部产生对抗这种变形的弹性力。这种内力的特点是在一定限度内随外力增长而增长，超过这一限度物体就要被破坏。3、应力 应力就是平均的内力表面密度或更精确地说是极限内力密度。式中：是在面积上与外力大小相等的内力总和，是物体内部的一小块面积。在这一小块面积上应力并不都是垂直的。（二）应力物体在内力作用下所发生的形变称为应变。这种使物体形变的内力通常都是由于外力的作用而引起的。在这种外力作用下，物体的应变大致有：拉伸，压缩，剪切，弯曲和扭转等，主要使前三种。1、 拉伸应变 在拉力（张力）作用下物体发生纵向伸长而横向收缩的形变。其应变量可表示成： 式中：，L分别为原始长度和拉伸后的长度。而总形变量不大时，上式可写成：二、塑料拉伸试验中的应力应变曲线聚合物材料由于本身长链分子的大分子结构特点，使其具有多重的运动单元，因此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。在拉伸是啊玉女时因试验条件的不同，其拉伸行为又很大差别。最典型的拉伸应力应变曲线如图26-9所示。起始，应力增大应变也增加，在A点之前应力变成正比关系，符合虎克定律，呈理想性体。A点叫做比例极限点。在OA直线上可任选适当的与，求出材料的起始弹性模量：E=/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。此时弹性模量近似为零，这是一个重要的材料特征点。对塑料来说，它是使用的极限点。如果再继续拉伸，应力只需保持不变甚至还会下降，应变可以再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，也可比它大。断裂点的应力喝应变叫做断裂强度喝断裂伸长率。仪器装置拉伸试验中使用拉力试验机实验步骤一、 试验前的准备（一）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，主要时选择适当的过度圆弧半径和有效宽度。若过渡圆弧半径较大，可使应力集中的弊病减少，这对试样在有效长度内断裂又很大好处。但过渡圆弧半径过大，使过渡区域点的面积相应增大，这又会使试样在非有效区断裂的可能性增加。同时，过渡圆弧半径选择不当还会给试样的涓加工带来一些影响因素。因此，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、薄模等）的形状、尺寸、圆弧半径都做了统一的规定，准备试样时应严格按照标准尺寸加工制作。（二）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制作中必要的后处理（如退火、淬火等）之外，还须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，这段放置时间应愈长一些。这在国家标准中都有规定。（三）拉力试验机的准备工作 要保证测试的顺利进行和结果的准确，拉力试验机的良好工作状态使必不可少的登录。DL-1000B型电子式拉力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。2、 开启试验机的总电源和低压电源。3、 力系统调节和标准首先根据材料强度和试样大小，选择一个合适的量程的力传感器。把选定的传感器放在主机顶上传感器上固定，用电缆把传感器与测力放大器相连。同时在传感器上装好夹具。打开X-Y-T函数记录仪，开启记录仪电源，把测力通道Y轴量程开关指短路挡，用调零旋钮调好记录仪的零点。然后把量程开关调到最小量程一挡。为了使测量结果正确可靠，每次试验之前都需要用标准砝码把力值读数校正一遍。根据测力传感器的量程选择适当的标准砝码加到夹具上，调节“校正”旋转使记录仪满度，去掉砝码使记录仪指零。重复几次，直到重复性很好为止。同时还可以改变砝码或衰减测力量程校正值的线性程度。4、形变测量装置校正根据试样形变大小选择一种测形变装置，安装好，时期初始位置固定，调节仪器面板上和记录上的调零电位器，使记录仪X轴指零，并在形变量程改变零点不变。然后用指标长度计校准记录仪形变读书值。二、测试步骤1、测量试样的宽度和厚度 每个试样在有效部分测量三点，取算术平均值，并在试样上轻轻划上有效部分的标线（如图26-19所示）。2、根据不同试样选择合适的夹具，把试样垂直地夹紧。不要太紧以免在夹持处造成伤痕影响拉伸强度，也不要太松弛以免拉伸时发生滑动影响测试。还要注意勿使试样受横向力，防止扭断试样，对脆性的小试样更须小心。如要测量形变时，把形变装置的夹持器夹在试样有效部分划线上。3、根据试样种类按国家标准实验方法中规定的实验速度范围，选择一个合适的拉伸速度。4、检查一遍试验要求的条件：温度、速度是否正确，记录仪，测力系统是否准备停当。一切就绪才能开始试验。试验时，开动试验速度下行按钮，这时主机横梁即按给定速度向下移动，开始拉伸试样，直到试样断裂为止。试样断裂后可自动停机也可手动停机。这时在记录仪上面画出Y-X（载荷时间）曲线，或载荷直线。数据处理一、 拉伸试验中得到的数据如下：(一)试样的初始尺寸 有效部分长度Lo,试样厚度d,试样有效部分宽度b。 （二）一张拉伸记录曲线，如图26-21所示。 二、抗拉强度的计算：（公斤/厘米2）其中P是最大破坏载荷（公斤），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。三、断裂伸长率： x100%其中Lo是试样初始有效长度，L是试样断裂时标线间的距离。（LLo）=,是试样拉伸至断裂时的总伸长值，可以从载荷变形（Y-X）曲线上直接读出，也可以从载荷时间(Y-T)曲线上近似计算出来。计算方法如下：其中s 是开始拉伸到断裂时记录纸上走过的长度（距离），是记录仪走纸速度，是拉力机拉伸试样的速度。注意这样计算出来的形变值是上下夹具间的伸长值而不是试样有效部分的形变值，形变不太大时可以近似相等。五、拉伸试验结果的讨论抗张强度用上式计算抗张强度显然有个假设，即拉伸过程中试样的横切面积不变。严格说来这是不可能的。总所周知。试样轴向被拉长，径向必然会相应收缩，只是各种材料收缩的程度不同。如果假设试样拉伸时体积不变（此材料的伯松比v=0.5），可以得到如下：故 显然，只有当时（即拉长很小很小时），脆性材料可近似这种情况，因此上式的计算结果只有这时才比较正确。当伸长较大时，较大，上式计算结果就有相当大的偏差。假设拉伸试样均匀伸长50（0.5Lo），那么上式的计算结果就比真实值小一倍。因此，伸长较大时上式计算的抗张强度时相当不正确的。拉伸时的实际情况是相当复杂的。拉伸时在有效部分的伸长并不一定均匀，可能出现细颈。断裂时横断面积在不