实验4聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定

1、实验4聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定 1. 实验目的 （1）熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件和测试原理。 （2）掌握测定聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定方法。 （3）考察拉伸速度对聚合物力学性能的影响。 2. 实验原理 拉伸试验是在规定的试验温度、试验速度和湿度条件下，对标准试样沿其纵轴方向施 加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。基本公式： (2 13) L -L。 Lo (2 14) A。 FLo A(L -L) (2 15) 式中，；伸长率即应变；二为应力；L为样品某时刻的伸长；L0为初始长度；A0为初 始横截面积；F为拉伸力；E为拉伸模量。 聚合物的拉伸性能可通过其应力-应变曲线来分析，

2、典型的聚合物拉伸应力-应变曲线 如图2 28 （左）所示。在应力一应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。屈服点之前 是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。屈服点之后 是塑性区，即材料产生永久性变形， 不再恢复原状。根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率 的大小以及其断裂情况，应力一应变曲线大致可分为如图2 28 （右）所示的五种类型： 软而弱；硬而脆；硬而强；软而强；硬而韧。 D 图2-28五种典型聚合物拉伸应力-应变曲线 1软而弱；2硬而脆；3硬而强；4软而强；5 硬而韧 本实验在不同应变速度下测定聚乙烯的应力-应变曲线。 将已知长度和横截面积的样品，夹在两个夹

3、具之间，以恒速拉伸至断裂， 测定应力随伸 长的变化。分析在不同应变速度时测定的数据，可以了解材料的强度、韧性及极限性能。 有合适的样品架或可设法固定住的聚合物都可进行本实验。 均匀的样品重复性可优于土 5%。但由于制各样品和实验操作中存在的一些不可避免的 可变因素，使重复性比此数值要差些。 3. 实验设备和材料 (1 )仪器设备 万能电子拉力机(日本岛津AG- IOKNA)，游标卡尺、直尺。 万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图2 29所示。 图2 29万能电子拉力机测试主体结构示意图 1传感器；2 主架；3 横梁控制器；4 夹具；5 横梁；6 记录仪；7控制台开关；8 控制面板；9 显示屏

4、 （2 ）实验材料 聚丙烯（PF）,聚苯乙烯（PS）。 4. 实验步骤 （1 ）试样准备 用横压或片材、板材切割的方法，事先制好标准抗张样品（见ASTM标准D 638 ）。选 定的每种应变速度都应有5块样品。 试样形状拉伸试样共有4种类型：I型试验样（双铲型），见图2-30, II型试样（哑铃 型），见图2-31 , III型试样（8字型），见图2 32, IV型试样（长条型），见图2 33。 图2 30 I型试样 图2 32 III型试样 图2 33 IV型试样 不同类型的试样有不同的尺寸公差，具体见表 2 7、表 2 8、表 2 9 和表 2 10。 图2 31 II型试样 表2 7 I型

5、试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 150 - H 夹具间距离 115 5.0 C 中间平行部分长度 60 0.5 GO 标距（或有效部分） 50 0.5 W 端部宽度 20 0.2 D 厚度 4 - B 中间平行部分宽度 10 0.2 R 半径（最小） 60 - 表2 8 II型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 110 - C 中间平行部分长度 9.5 2.0 d0 中间平行部分厚度 3.2 di 端部厚度 6.5 W 端部宽度 45 - b 中间平行部分宽度 25 0.4 RO 端部半径 6.5 1.0 R1 表面半

6、径 75 2.0 R2 侧面半径 75 2.0 表2 9 III型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 115 - H 夹具间距离 80 5.0 C 中间平行部分长度 33 2.0 G0 标距（或有效部分）: 25 0.2 W 端部宽度 25 0.2 d 厚度 2 - b 中间平行部分宽度 6 0.2 R0 小半径 14 0.2 R1 大半径 25 0.2 表2 10 IV型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 250 - H 夹具间距离 170 5.0 G0 标距（或有效部分） 100 0.5 W 宽度 25 0.5 L1

7、加强片间长度 150 5.0 L2 加强片最小长度1 50 - d0 厚度 210 - d1 加强片厚度 310 - D2 加强片 5o 30o - 0 加强片角度 - - 塑料属于粘弹材料， 它的应力松弛过程与变形速率密切相关，应力松弛需要一个时间过 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速度，呈现脆性行为，表现 为拉伸强度增加，断裂伸长率减少。由于塑料品种繁多，不同品种的塑料对拉伸速度的敏感 程度不同。硬而脆的塑料对拉伸比较敏感，一般采用较低的拉伸速度。 韧性塑料对拉伸速度 的敏感性较小，一

8、般采用较高的拉伸速度。 （2 ）实验过程 1 ）用游标卡尺或测微计测每块试片的宽度和厚度。算出横截面最小处的截面积并将数值 记录。 2 ）调换和安装拉伸试验用夹具，将试片放入夹具。 3 ）设定试验条件如：试验方式、试验速度、返回速度、返回位置、记录方式、传感器容 4 ）键入试样参数如：试样名称、编号、样品厚度、宽度，样品标定线间距。 5 ）检查屏幕显示的试验条件、试样参数。如有不适合之处可以修改。确认无误后，开始 试验。横梁以恒定的速度开始移动， 同时数据采集系统也开始工作， 扫描出载荷伸长曲线。 仔细观察试样在拉伸过程中的变化，直到拉断为止。 6 ）重复（2）（5），试验其余的4块试片。 7 ）将拉伸速度依次变为10, 20mm/min,每种速度都重复 2）6 ）。 5. 实验报告 （1）根据电子拉力机绘制出的 PS PP拉伸曲线，比较和鉴别它们的性能特征; （2）根据PP的载荷一伸长曲线，绘制应力一应变曲线；