张亚军与钟晗PP应力-应变曲线的测定

1、PP的拉伸应力的拉伸应力-应变曲线应变曲线的测定的测定张亚军钟晗1、熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件、测试原理及其操作。2、了解测试条件对测定结果的影响。3、测定聚丙烯等材料的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率，并理解应力应变曲线的意义；4、掌握高聚物的静载拉伸实验方法。一、目的和要求一、目的和要求1、应力应变曲线 拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力应变曲线是不同的。二、实验原理二、实验原理应力与应变之间服从虎克定律，即：式中应力，MPa； 应变，； E弹性模量，MPa

2、； A为屈服点，A点所对应力叫屈服应力或屈服强度。屈聚合物在温度小于Tg(非晶态) 下拉伸时，典型的应力-应变曲线(冷拉曲线)如下图曲线分以下几个部分： OA：应力与应变基本成正比(虎克弹性)。-弹性形变屈服点B：应力极大值的转折点，即为屈服应力(sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应力。-屈服成颈 BC：出现屈服点之后，应力下降阶段，-应变软化 CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长。-发展大形变 DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度( sb )，相应的应变称为断裂伸长率(eb)。-应变硬化 通常把屈服后产生的形变称为屈服形变，该形变在断裂前移去外力，无

3、法复原。但如果将试样温度升到其Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类： (a)材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。(b)材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。 (c)材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。(d) 材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的

4、材料。(e)材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。 (f)材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。注意：材料的强与弱从b比较；硬与软从E( /e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。2、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶 段 (1)屈服区(2)延伸区(3) 增强区3、影响高聚物机械强度的因素 (1)大分子链的主价链，分子间力以及高 分子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主要内在因素。 (2)混料及塑化不均, 会产生细纹、凹陷、真空泡等形式留在制品表面或内层。 (3)环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的影响 。 (a)的特点是软而弱。拉伸强度低，弹

5、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。 4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力-应变曲线的形状也不同。目前大致可归纳成5种类型 (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。(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。1、 材料试样(1) 试样的类型和尺寸 PP试样 I型试样形状及尺寸分别见图2-1和表1-1。 图图2-1 I型试样型试

6、样三、仪器、设备和材料三、仪器、设备和材料表表 1-1 PP1-1 PP试样尺寸试样尺寸(mm)样条样条编号编号宽宽/mm厚厚/mm宽宽/mm厚厚/mm宽宽/mm厚厚/mm平均平均宽宽/mm平均平均厚厚/mmA15.101.904.931.925.031.935.101.92A25.061.935.061.945.151.945.061.94A35.011.945.221.965.171.945.131.95聚丙烯(PP):相对密度0.89-0.91,g/cm3,熔点164170,极难溶于水,无毒、无味,强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100左右使用。具有良好的介电性能和高频绝缘性

7、且不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。 (3) 试样的制备及要求 试样制备和外观检查，按GB 1039规定进行。 试样厚度除表中规定外，板材厚度dl0mm时，可用原厚为试样厚度；当厚度d10mm时，应从两面等量机械加工至10mm，或按产品标准规定加工。 每组试样不少于3个，对各向异性的板材应分别从平行与主轴和垂直与主轴的方向各取一组试样。2、仪器、设备实验设备为CMT微机控制电子万能试验机 1 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。

8、 2 双击电脑桌面图标 ，进入试验软件，选择好联机的用户名和密码 选择对应的传感器（本实验为1号传感器）后击 。 四、实验步骤四、实验步骤 3 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。 4 点击新试验，选择相应的塑料拉伸试验方案(试验方案的设置参照软件说明书)，输入试样的原始用户参数如尺寸等，如下所示。多根试样直接按回车键生成新记录。 5 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

9、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。 6 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。 7 点击 ，开始自动试验。试验自动结束后，软件显示试验结果，包括试样的拉伸断裂强度、断裂伸长率和弹性模量等结果参数。 8 重复上述步骤做完3个试样后，试验完成。点击 ,打印试验报告。 9 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。 五、实验数据与处理五、实验数据与处理 1.拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力。 拉伸强度；拉伸时的应变；拉伸断裂应力；断裂

10、时的应变； 拉伸屈服应力；屈服时的应变； 偏置屈服应力；偏置屈服时的应变X； A脆性材料；B具有屈服点的韧性材料；C无屈服点的韧性材料1t1t2t2t3t3t4t4t 图图3-1 拉伸应力拉伸应力-应变曲线应变曲线 按式(1-1)计算： （1-1）式中 抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力，MPa； P 最大负荷或断裂负荷或屈服负荷或偏置屈服负荷，N； b 试样宽度，mm； d 试样厚度，mm。 各应力值在拉伸应力-应变曲线上的位置见图3-1。tPbdtt 2、断裂伸长率 按式(1-2)计算： （1-2） 式中 断裂伸长率，； Go 试样原始标距，mm； G 试样断裂时标线间距

11、离，mm。 3、标准偏差值S S按式(1-3)计算： （1-3） 式中 S 标准偏差值， 单个测定值， 一组测定值的算数平均值： n 一测定个数 4、计算结果以算术平均值表示， 取三位有效数值， 取二位有效数值，S取二位有效数值。tt00100%tGGGt2()S =1iXXniXXtt样品编号样品编号拉伸载荷拉伸载荷/N应力应力/N/M2应变应变(L/L0)A1393.1314197000028.473%A2265.9922668000016.448%A3301.8123082000019.474%样品编号样品编号拉伸强度拉伸强度/MPa断裂伸长率断裂伸长率A141.9728.473%A226.6816.448%A330.8219.474%六、注意事项1.拉伸时应夹在样品的哑铃状的端部。拉伸时应夹在样品的哑铃状的端部。2.拉伸时样品两端夹紧程度应尽量控制拉伸时样品两端夹紧程度应尽量控制相等，避免力的不均匀导致样品的突然相等，避免力的不均匀导致样品的突然断裂。断裂。3.样品拉伸时拉伸速度应控制恒定。样品拉伸时拉伸速度应控制恒定。 实验结果几组存在较大偏差，影响几组实验结果的因素可能如下： 1.试样材料本身彼此间存在的