实验讲义-高分子2010-4

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1、高分子材料专业实验指导书1实验二十二 塑料常规力学性能测试拉伸试验拉伸试验 原理原理 一、一、有关力学基本概念有关力学基本概念 （一）力的分类（一）力的分类 1、外力、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 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

2、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 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。dSdP SPlin s0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PSS 积。在这一小块面积上应力并不都是垂直的。 （二）应力（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

3、可表示成：LLLL ldl00ln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：0L000LLL LLn二、塑料拉伸试验中的应力应变曲线二、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

4、=/ 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高分子材料专业实验指导书2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。仪器装置仪器装置 拉伸试验中使用拉力试验机实验步骤实验步骤 一、一、试验前的准备试验前的准备 （一）试样制作（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

5、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（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

6、（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（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

7、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。高分子材料专业实验指导书34、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

8、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

9、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。 数据处理数据处理 一、一、拉伸试验中得到的数据如下：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：bdPt（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

10、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：tx100%00 LLLt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L 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：svvvvsL12 2 1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，1v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2vL高分子材料专业实验指

11、导书4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t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：ttLSLS00故 LLLbdLLSStt000 0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，L0tSS 0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L0SSt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L 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断改变，断裂瞬时的横截面面积测定很困难。即使均匀伸长， 各种材料并非体积保持不变，因此也不能简单按上述方法校正，故目前仍有用上式计算抗 张强度。 此外，上式中 P 指的是最大破坏载荷，有时是屈服点载荷，有时是断裂点载荷。因此 上式计算出来的抗张强度物理意义并不明确。根据以上的讨论可以看出，上式可以得到的 抗张强度只有工程意义。