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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： （213） （214） （215） 式中，伸长率即应变；为应力；为样品某时刻的伸长；为初始长度；为初始横截面积；为拉伸力；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，典型的聚合物拉伸应力应变曲线如图228（左）所示。在应力应变曲线上，以屈服点为界划分为
2、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，应力应变曲线大致可分为如图228（右）所示的五种类型：软而弱；硬而脆；硬而强；软而强；硬而韧。 图228 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
3、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AGlOKNA)，游标卡尺、直尺。万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图229所示。图229万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（2）实验材料聚丙烯（PP），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
4、度都应有5块样品。试样形状拉伸试样共有4种类型：型试验样(双铲型)，见图230，II型试样(哑铃型)，见图231，III型试样(8字型)，见图232，IV型试样(长条型)，见图233。 图230 I型试样 图231 II型试样 图232 III 型试样 图233 IV型试样不同类型的试样有不同的尺寸公差，具体见表27、表28、表29和表210。表27 I型试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）150-H夹具间距离1155.0C中间平行部分长度600.5G0标距（或有效部分）500.5W端部宽度200.2D厚度4-B中间平行部分宽度100.2R半径（最小）60-表28 II型
5、试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）110-C中间平行部分长度9.52.0d0中间平行部分厚度3.2d1端部厚度6.5W端部宽度45-b中间平行部分宽度250.4R0端部半径6.51.0R1表面半径752.0R2侧面半径752.0表29 III型试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）115-H夹具间距离805.0C中间平行部分长度332.0G0标距（或有效部分）250.2W端部宽度250.2d厚度2-b中间平行部分宽度60.2R0小半径140.2R1大半径250.2表210 IV型试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）250-H夹具
6、间距离1705.0G0标距（或有效部分）1000.5W宽度250.5L1加强片间长度1505.0L2加强片最小长度50-d0厚度210-d1加强片厚度310-D2加强片5o30o-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
7、，一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、传感器容量等。 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的载荷伸长曲线，绘制应力应变曲线；（3）计算模量和断裂伸长率，计算断裂时的应力和应变；（4）对每块样品都重复13。6. 问题与讨论（1）改变试样的拉伸速度对试验产生什么影响？（2）解释为什么要重复5块试样？（3）如果测定线性和支化聚乙烯，可以从哪些方面来研究他们之间的性能的差异？
