高分子材料的拉伸性能测试
更新时间:2023-11-15 16:39:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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《高分子材料的拉伸性能测试》实验指导书
一、实验目的
1、测试热塑性塑料拉伸性能。
2、掌握高分子材料的应力—应变曲线的绘制。 4、了解塑料抗张强度的实验操作。
二、实验原理
拉伸试验是材料最基本的一种力学性能试验方法,可以得到材料的各种拉伸性能,包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、伸长率、应力-应变曲线等。拉伸试验是指在规定的温度、湿度和试验速度下,在试样上沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏,此时材料的性能指标如下: 1.拉伸强度为:
(1)
式中 σ--拉伸强度,MPa;
P---破坏载荷(或最大载荷),N; b---试样宽度,cm; h---试样厚度,cm.
2.拉伸破坏(或最大载荷处)的伸长率为: (2)
式中 ε---试样拉伸破坏(或最大载荷处)伸长率,%; ΔL0-破坏时标距内伸长量,cm;
L0---测量的标距,cm,
3.拉伸弹性模量为:
(3)
式中 Et---拉伸弹性模量,MPa;
ΔP—荷载-变形曲线上初始直线段部分载荷量,N; ΔL0—与载荷增量对应的标距内变形量,cm。
4.拉伸应力-应变曲线
如果材料是理想弹性体,抗张应力与抗张应变之间的关系服从胡克定律,即:σ = Eε 式中: E-杨氏模量或拉伸模量;σ-应力;ε-应变
聚合物材料由干本身长链分子的大分子结构持点,使其具有多重的运动单元,因此不是理想的弹性体,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。拉伸试验时因试验条件的不同,其拉伸行为有很大差别。起始时,应力增加,应变也增加,在A点之前应力与应变成正比关系,符合胡克定律,呈理想弹性体。A点叫做比例极限点。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。此时弹性模最近似为零,这是一个重要的材料持征点。对塑料来说,它是使用的极限。如果再继续拉伸,应力保持不变甚至还会下降,而应变可以在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,也可能比它大。断裂点的应力和应变叫做断裂强度和断裂伸长率。
高分子材料是多种多样的,它们的应力—应变曲线也是多样的并且受外界条件的极大影响。
材料的应力—应变曲线下的面积,表示其反抗外力时所做的功,因此根据应力-应变曲线的形状就可以大致判断出该材料的强度和韧性。
三、仪器装置与原材料
微机控制万能材料试验机 1套 游标卡尺 1个 按照标准制备哑铃型样条 PP,PS若干
四、试验步骤 1.试验前的准备
(1)试样制作:
在拉伸试验中,应选择适当的试样形状和尺寸,使其拉伸时在有效部分断裂。一般都是哑铃形试样,主要是选择适当的过渡圆弧半径和有效宽度。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、薄膜等)的形状、尺寸、圆弧半径都做了统一的规定,准备试佯时应严格按照尺寸加工制作。
(2)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必要的后处理(如退火、淬火)之外,还需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。这段时间应愈长一些,这在国家标准中都有规定。
(3)拉力试验机的准备工作:
耍保证测试顺利进行利和结果准确,拉力试验机的良好工作状态是必不可少的。微机控制万能材料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。(本实验不作要求) ②开启试验机的总电源,预热10分钟。
③选择合适量程的力传感器。把选定的传感器放到主机顶部传感器座上固定,用电缆把传感与测力放大器相连,同时在传感器上装好夹具。 2.测试步骤
1)在实验前用游标卡尺精确测量厚度。每根试样测量三点取算术均值,并计算
截面积A0,用游标卡尺在试上对称选取l0=25mm作为标线间距离。
2)试验条件:打开试验机拉伸软件,选择所需拉伸速率,本实验选取(mm/min):5, 50。
3)把试样夹持在上夹具,并保持竖直。轻按下行开关,夹紧试样下端。
4)仪器负荷调零,位移调零。
5) 按运行按钮,开始试验。实验过程中,电脑程序上自动记录了X-Y(载荷-形变)曲线。 6) 试样断裂后,保存试样数据。 7)重复步骤3-6,完成本组实验。 3.关闭试验机和拉伸机,打扫卫生,清理场地。
五、数据处理
1、由试样的初始尺寸计算抗拉强度、断裂强度;
试样有效部分长度人L0,试样厚度d,试样有效部分宽度b,抗拉强度的计算:
σ = F / (b*d) 其中F是最大破坏载荷,由于不同材料拉伸时断裂点的载荷可能小于屈服点载荷,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。 3.断裂伸长率
ε = ((L—L0)/ L0)×100%
其中L0试样韧始有效长度,L是试样断裂时标线间的距离。L—L0 =△L是试样拉伸至断裂时的总伸长值.可以从载荷—形变X-Y曲线上直接读出。 4.起始弹性模量Et
Et = △σ / △ε
式中:△σ,△ε分别是比例极限点以内任一点的应力与应变。
Et可以直接从X-Y曲线上求得。
Et = (F *L0) / [ b*d*(L—L0)]
4、由拉伸记录曲线绘制应力应变曲线。 六、思 考 题
1、高分子材料有几种类型的应力-应变曲线? 2、比较橡胶、塑料及纤维的应力-应变曲线有何不同? 3、温度对拉伸性能什么影响?
七、实验参考书
1、何平笙、杨海洋、朱平平主编:《高分子物理实验》,中国科学技术大学出版社,2002。 2、刘建平、郑玉斌主编:《高分子科学与材料工程实验》,化学工业出版社,2005。 3、韩哲文主编:《高分子科学实验》,华东理工大学出版社,2005。 4、张兴英、李齐方主编:《高分子材料实验》,化学工业出版社,2003。
5、欧国荣 张德震 主编:《高分子科学与工程实验》,华东理工大学出版社,1997。
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