聚合物拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定

1、實驗4 聚合物拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定1. 實驗?zāi)康模?）熟悉高分子材料拉伸性能測試標(biāo)準(zhǔn)條件和測試原理。（2）掌握測定聚合物拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的測定方法。（3）考察拉伸速度對聚合物力學(xué)性能的影響。2. 實驗原理 拉伸試驗是在規(guī)定的試驗溫度、試驗速度和濕度條件下，對標(biāo)準(zhǔn)試樣沿其縱軸方向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止。基本公式： （213） （214） （215） 式中，伸長率即應(yīng)變；為應(yīng)力；為樣品某時刻的伸長；為初始長度；為初始橫截面積；為拉伸力；為拉伸模量。 聚合物的拉伸性能可通過其應(yīng)力應(yīng)變曲線來分析，典型的聚合物拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖228（左）所示。在應(yīng)力應(yīng)變曲線上，以屈服點為界劃分為

2、兩個區(qū)域。屈服點之前是彈性區(qū)，即除去應(yīng)力后材料能恢復(fù)原狀，并在大部分該區(qū)域內(nèi)符合虎克定律。屈服點之后是塑性區(qū)，即材料產(chǎn)生永久性變形，不再恢復(fù)原狀。根據(jù)拉伸過程中屈服點的表現(xiàn)，伸長率的大小以及其斷裂情況，應(yīng)力應(yīng)變曲線大致可分為如圖228（右）所示的五種類型：軟而弱；硬而脆；硬而強(qiáng)；軟而強(qiáng)；硬而韌。 圖228 五種典型聚合物拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線1軟而弱；2硬而脆；3硬而強(qiáng)；4軟而強(qiáng)；5硬而韌本實驗在不同應(yīng)變速度下測定聚乙烯的應(yīng)力應(yīng)變曲線。 將已知長度和橫截面積的樣品，夾在兩個夾具之間，以恒速拉伸至斷裂，測定應(yīng)力隨伸長的變化。分析在不同應(yīng)變速度時測定的數(shù)據(jù)，可以了解材料的強(qiáng)度、韌性及極限性能。 有合適的

3、樣品架或可設(shè)法固定住的聚合物都可進(jìn)行本實驗。均勻的樣品重復(fù)性可優(yōu)于±5。但由于制各樣品和實驗操作中存在的一些不可避免的可變因素，使重復(fù)性比此數(shù)值要差些。3. 實驗設(shè)備和材料 （1）儀器設(shè)備萬能電子拉力機(jī)(日本島津AGlOKNA)，游標(biāo)卡尺、直尺。萬能電子拉力機(jī)測試主體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖229所示。圖229萬能電子拉力機(jī)測試主體結(jié)構(gòu)示意圖1傳感器；2主架；3橫梁控制器；4夾具；5橫梁；6記錄儀；7控制臺開關(guān)；8控制面板；9顯示屏（2）實驗材料聚丙烯（PP），聚苯乙烯（PS）。4. 實驗步驟 （1）試樣準(zhǔn)備用橫壓或片材、板材切割的方法，事先制好標(biāo)準(zhǔn)抗張樣品（見ASTM標(biāo)準(zhǔn)D 638）。選定

4、的每種應(yīng)變速度都應(yīng)有5塊樣品。試樣形狀拉伸試樣共有4種類型：型試驗樣(雙鏟型)，見圖230，II型試樣(啞鈴型)，見圖231，III型試樣(8字型)，見圖232，IV型試樣(長條型)，見圖233。 圖230 I型試樣 圖231 II型試樣 圖232 III 型試樣 圖233 IV型試樣不同類型的試樣有不同的尺寸公差，具體見表27、表28、表29和表210。表27 I型試樣公差尺寸物理量名稱尺寸/mm公差/mmL總長度（最?。?50-H夾具間距離115C中間平行部分長度60G0標(biāo)距（或有效部分）50W端部寬度20D厚度4-B中間平行部分寬度10R半徑（最小）60-表28 II型試樣公差尺寸物理量

5、名稱尺寸/mm公差/mmL總長度（最小）110-C中間平行部分長度d0中間平行部分厚度d1端部厚度W端部寬度45-b中間平行部分寬度25R0端部半徑R1表面半徑75R2側(cè)面半徑75表29 III型試樣公差尺寸物理量名稱尺寸/mm公差/mmL總長度（最?。?15-H夾具間距離80C中間平行部分長度33G0標(biāo)距（或有效部分）25W端部寬度25d厚度2-b中間平行部分寬度6R0小半徑14R1大半徑25表210 IV型試樣公差尺寸物理量名稱尺寸/mm公差/mmL總長度（最?。?50-H夾具間距離170G0標(biāo)距（或有效部分）100W寬度25L1加強(qiáng)片間長度150L2加強(qiáng)片最小長度50-d0厚度210-d

6、1加強(qiáng)片厚度310-D2加強(qiáng)片5o30o-加強(qiáng)片角度-塑料屬于粘彈材料，它的應(yīng)力松弛過程與變形速率密切相關(guān)，應(yīng)力松弛需要一個時間過程。當(dāng)?shù)退倮鞎r，分子鏈來得及位移、重排，呈現(xiàn)韌性行為，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度減少，而斷裂伸長率增大。高速拉伸時，高分子鏈段的運動跟不上外力作用速度，呈現(xiàn)脆性行為，表現(xiàn)為拉伸強(qiáng)度增加，斷裂伸長率減少。由于塑料品種繁多，不同品種的塑料對拉伸速度的敏感程度不同。硬而脆的塑料對拉伸比較敏感，一般采用較低的拉伸速度。韌性塑料對拉伸速度的敏感性較小，一般采用較高的拉伸速度。（2）實驗過程 1）用游標(biāo)卡尺或測微計測每塊試片的寬度和厚度。算出橫截面最小處的截面積并將數(shù)值記錄。 2）調(diào)換和

7、安裝拉伸試驗用夾具，將試片放入夾具。 3）設(shè)定試驗條件如：試驗方式、試驗速度、返回速度、返回位置、記錄方式、傳感器容量等。 4）鍵入試樣參數(shù)如：試樣名稱、編號、樣品厚度、寬度，樣品標(biāo)定線間距。 5）檢查屏幕顯示的試驗條件、試樣參數(shù)。如有不適合之處可以修改。確認(rèn)無誤后，開始試驗。橫梁以恒定的速度開始移動，同時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也開始工作，掃描出載荷伸長曲線。仔細(xì)觀察試樣在拉伸過程中的變化，直到拉斷為止。 6）重復(fù)（2）（5），試驗其余的4塊試片。 7）將拉伸速度依次變?yōu)?0，20mm/min，每種速度都重復(fù)2） 6）。5. 實驗報告（1）根據(jù)電子拉力機(jī)繪制出的PS、PP拉伸曲線，比較和鑒別它們的性能特征；（2）根據(jù)PP的載荷伸長曲線，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線；（3）計算模量和斷裂伸