6.6 蠕变及应力松弛试验.ppt

1,第六章力学性能测试,第六节蠕变及应力松弛试验,2,蠕变现象在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒定外力作用下，材料的形变随时间增加而逐渐增大的现象在恒定应力下形变随时间的发展过程例如软聚氯乙烯丝(含增塑剂)钩着一定重量的砝码，就会慢慢地伸长，解下祛码后，丝会慢慢缩回去，这就是聚氯乙烯丝的蠕变现象,3,高聚物的蠕变曲线,OA段称为普弹形变AB段称为高弹形变CD段称为粘性流变蠕变过程包括下面三种形变普弹形变高弹形变粘性流动,4,应力松弛在恒定温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象在恒定形变下应力随时间的衰减过程拉伸一块未交联的橡胶到一定长度，并保持长度不变，随着时间的增长，这块橡胶的回弹力会逐渐减小原因？高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象，要逐渐过渡到平衡的构象，也就是链段顺着外力的方向运动以减少或消除内部应力,5,高聚物的应力松弛曲线,蠕变现象与应力松弛一个问题的两个方面蠕变现象和应力松弛严重，都意味着高聚物制品的尺寸很不稳定,6,蠕变概念,试样在加载后单位横截面上所承受的力称为蠕变应力。试样在承受外力后单位长度的形变称为蠕变应变。把蠕变应力与蠕变应变之比称为蠕变模量,蠕变柔量,蠕变模量,7,一、蠕变试验,塑料的蠕变试验仅对拉伸蠕变试验加以介绍。参照：标准为GB115462008。橡胶的蠕变试验以压缩蠕变试验为例加以说明。参照：标准为ISO8013(GB19242-2003)。,8,塑料的蠕变试验加载装置,蠕变试验的加载装置，可分为恒载荷装置和变载荷装置。对于在蠕变试验中形变小的材料，一般采用恒载荷装置，如图的直接悬挂式装置；,恒载荷装置,9,试验中形变较大的材料，为了保持其应力恒定，就必须采用变载荷的加载装置，如下图所示：,10,下图所示为带平衡砝码装置的滑轮机构的加载荷型式，调节平衡砝码，以补偿试样伸长带来的试样上应力的增加。同时要求施加载荷的精度为所加载荷的，并且要求能迅速、平稳而无震动地加载。,11,12,变形测量系统和加热系统,变形测量系统加载后能随着加载时间的增加而自动连续地测定试样的形变，形变的测定精度一般要求达到测定形变的1%。加热系统温度和湿度的控制装置，一般采用恒温恒湿箱。整个试验过程中自动连续地记录箱内温度和湿度的装置。,13,夹具、计时器、千分卡,夹具设计和使用夹具时，应保证加载轴线尽可能地与试样纵向轴线相重合，升高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。计时器任何计时器都可适用，自动计时系统更为适合。千分卡千分卡的精度为1%。,14,试样,标距内至少测量三点，宽度精确至0.05mm，厚度精确至0.01mm。横截面积应是在三点测得横截面积的平均值；计算蠕变强度极限时，应使用三点测得的最小横截面积，在标距内横截面的偏差不应超过2%。,15,试验操作,测量试样；夹持试样；预加载试样；连续加载试样；夹具的移动速度为（51）mm/min；测定蠕变极限强度,16,结果处理,应变与时间的关系，绘出应变的关系曲线。在此曲线上，截取某一规定时间，如1000h或其他时间，求得应力和相对应的蠕变应变。,17,以若干不同水平的应力对相应的蠕变应变作图即可得到等时应力应变曲线。可对不同材料的蠕变性能进行比较,18,橡胶的蠕变试验,橡胶的蠕变试验也有拉伸、压缩、弯曲、剪切等。橡胶的蠕变还包括物理蠕变和化学蠕变。物理蠕变速率随着时间的增加而减小，而化学蠕变速率与时间近似线性关系。,19,压缩蠕变,试验设备要求的是仪器的试验台与压缩试样的压板是两块相互平行的板，试样台是固定的，压板是可动的；试样台在压板承受压缩力时不得产生任何方向的位移；压板只能在一个方向自由地、无摩擦的移动，其移动方向与试样的轴向一致。压缩力要在56s内完全地、平稳地、无冲击地加到试样上，而且在整个试验过程中保持大小和方向不变。压缩力的方向与试样的轴向一致。测量精度是试样厚度的0.1%。,20,试验操作,先将试样连同夹具一起置于恒温箱中，保持足够时间使试样达到温度平衡，然后在一定时间内（6s）向试样施加一定外力，使试样达到约20%的压缩变形。加力必须均衡、稳步进行，防止冲击式地加力，所施加的力在整个试验过程中必须恒定不变，精度为1%。加力后在内测初始变形，以后在规定时间间隔内测量变形，一般时间间隔为100、1000、10000min；或1、2、4、7d，从而计算其蠕变值，蠕变测量的精度要求为0.1%。,21,二、应力松弛,应力松弛在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现象物理松弛对温度不十分敏感与应变下分子网络结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在于分子链之间、填充粒子之间，分子链与填充粒子之间的次价键的断裂有关化学松弛对温度十分敏感，与化学键的断裂有关，断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链,22,时温等效原理,高分子链段具有足够大的活动性，从而使高聚物表现出高弹形变，或者要使整个高分子能够移动而显示出粘性流动，都需要一定的时间(用松弛时间来衡量)。温度升高，松弛时间可以缩短。因此，同一个力学松弛现象，既可在较高的温度下，在较短的时间内观察到，也可以在较低的温度下较长的时间内观察到升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。,23,做橡胶和低模量高聚物的应力松弛试验，可以使用简单的杠杆式拉伸应力松弛仪。,24,蠕变和应力松弛试验的影响因素,温度的影响,25,压力的影响增大压力可以使材料的自由体积减少，降低了分子链段的活动性，即降低了柔量聚合物分子量的影响蠕变和应力松弛来自分子链的缠结而产生的粘性和弹性，交联状态的影响交联的高聚物，由于分子间不能滑移，