實(shí)驗(yàn)二十二塑料常規(guī)力學(xué)性能測試

1、實(shí)驗(yàn)二十二 塑料常規(guī)力學(xué)性能測試 本實(shí)驗(yàn)包括：拉伸試驗(yàn)，壓縮試驗(yàn)，靜彎曲試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)。 概述一、 測試標(biāo)準(zhǔn)方法聚合物材料日新月異，種類繁多，根據(jù)其用途和力學(xué)狀態(tài)，人們通常把它們分為塑料、橡膠、纖維三大類合成材料。各類材料的性能要求、測試方法都不盡相同。我們這里只介紹應(yīng)用最廣的塑料類聚合物材料的一些常規(guī)力學(xué)性能的通用測試方法。這些方法操作簡單，技術(shù)條件有嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定，測試較快。其結(jié)果可作為不同材料的質(zhì)量比較，生產(chǎn)上的品質(zhì)控制和質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)，有的還可以作為應(yīng)用中使用性能指標(biāo)和工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。為了測試數(shù)據(jù)相比，要求測試方法的技術(shù)條件和操作方法統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備儀器定型化。根據(jù)這些方

2、法的完善程度，國內(nèi)外均分別劃分為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)方法、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法、部（或局）標(biāo)準(zhǔn)方法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法，甚至還有國際標(biāo)準(zhǔn)方法。塑料類聚合物材料的常規(guī)力學(xué)性能測試方法在我國已逐步建立起了一套原化學(xué)工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)方法均須有關(guān)負(fù)責(zé)部門審查標(biāo)準(zhǔn)公布方才有效，國家標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國龜甲標(biāo)準(zhǔn)總局審定發(fā)布。二、 影響測試結(jié)果的一些因素影響塑料測試結(jié)果的因素很多，由內(nèi)在因素也有外在因素。內(nèi)在因素如：材料本身分子量的大小及分布不同，結(jié)構(gòu)規(guī)整性，取向和結(jié)晶程度各異，內(nèi)在存在的各種缺陷的多寡等。外部因素如：試樣在制備過程中加工條件的差別所引起的應(yīng)力分布，機(jī)械缺陷等。試驗(yàn)過程中溫度、濕度的變化等等。從測試角度來說，我們主要考慮與

3、測試結(jié)果精度有關(guān)的因素。這類因素也很多，如拉伸等試驗(yàn)中作用力速度即拉伸速度等，都必須嚴(yán)格控制沒，否否則結(jié)果不能重復(fù)也不可比，給數(shù)據(jù)的分析、取用帶來麻煩甚至可靠性也值得懷疑。因此，各項(xiàng)測試都必須合理地規(guī)定技術(shù)條件，嚴(yán)格操作，使各種影響結(jié)果的因素所造成的誤差趨于最小，這就是要制定標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的原因。由于下列每種試驗(yàn)方法的影響因素還將分別討論，這里僅就力學(xué)性能測試中共同的影響因素簡單討論一下。（一） 試樣1、 試樣制備制備試樣一般有兩個途徑：（1）從板、片、棒等制成品或半制成品上合理地切取材料，經(jīng)一定的機(jī)械加工質(zhì)量關(guān)系很大。加工中出現(xiàn)的表面粗糙、局部崩裂、明顯刀痕或由于塑料異熱導(dǎo)熱性差引起的切削加工

4、局部受熱造成的缺陷等都會嚴(yán)重影響測試結(jié)果。因此，對有限缺陷的試樣應(yīng)進(jìn)行打磨修整，修整后仍有明顯缺陷的試樣不應(yīng)取用。（2）粉、粒料經(jīng)模塑成型為標(biāo)準(zhǔn)尺寸試樣。這種試樣的測試結(jié)果與模塑成型的方法（注射成型、模壓成型及模壓燒結(jié)成型等）、成型溫度、成型壓力、冷卻速度及退火、淬火等后處理?xiàng)l件都有關(guān)系。如聚四氟乙烯制品大都由燒結(jié)溫度的影響。如圖26-1所示，不同溫度下燒結(jié)的聚四氟乙烯的應(yīng)力應(yīng)變曲線有很大的差別。又如聚碳酸脂的機(jī)械性能不僅與成型溫度有關(guān)（若溫度超過310oC）其拉伸強(qiáng)度明顯下降，如圖26-2所示，而且與成型后的熱處理（退火，以便消除冷卻時內(nèi)外冷卻速度不一致而引起的內(nèi)應(yīng)力集中）時間長短有關(guān)，如圖

5、26-3所示。另外，特別要注意的時樹脂中如含有較多水份、溶劑等易揮發(fā)性物質(zhì)時，在成型時的高溫下變成的氣體若不能排出，在式樣中形成氣泡就會造成“致命”缺陷。這樣的試樣根本部能用于性能測試。因此在許多產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中還注明了成型條件。2、試樣尺寸在測試標(biāo)準(zhǔn)方法中大都規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)試樣的嚴(yán)格尺寸，這樣才能夠使同一材料的測試結(jié)果不會因尺寸不同而影響重復(fù)性，也為了不同材料的測試結(jié)果有可比性。為什么要做這樣的規(guī)定呢？這是因?yàn)橥环N材料不同尺寸的試樣也會嚴(yán)重影響測試結(jié)果，這種現(xiàn)象叫做“尺寸效應(yīng)”。如圖26-4、圖26-5所示，聚乙烯與聚氯乙稀試樣除厚度外其它尺寸形狀都相同，其結(jié)果卻相差很大，聚氯乙稀樣品厚度為0.5毫

6、米和3毫米時其拉伸強(qiáng)度的相對誤差竟達(dá)40，可見影響之大。同樣，試樣的有效段寬度也會使測試結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)?shù)钠x?！俺叽缧?yīng)”的根源主要是試樣自身的微觀缺陷和微觀不同性。微觀缺陷指試樣在制備過程中受熱、力或其它因素作用而產(chǎn)生的微隙縫（特別是表面）。微觀不同性指標(biāo)結(jié)構(gòu)上存在的差異或不均勻性（結(jié)晶、取向，分子量不同的微區(qū)域）。任何材料中都會存在不同數(shù)目和不同嚴(yán)重程度的各種缺陷，其中最大的“致命”缺陷決定試樣的測試結(jié)果，而試樣體積會表面愈大，存在“致命”缺陷的幾率就愈大。因此從理論上講，大試樣的測試結(jié)果會比小試樣的結(jié)果偏低。當(dāng)然，如果小試樣上也存在明顯的“致命”缺陷，那單位體積的表面層缺陷也許會比大試樣還

7、多得多，這樣就會出相反的結(jié)果。為了消除尺寸效應(yīng)對測試結(jié)果的影響，所以必須在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法中規(guī)定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸。3、試樣的預(yù)處理測試結(jié)果與外界條件對試樣的影響也有較大的關(guān)系，其中主要是環(huán)境溫度、濕度和放置時間。這些因素可以引起試樣分子形態(tài)的變化和內(nèi)部應(yīng)力的消存等。一般來說，分子中有極性基團(tuán)的聚合物對濕度較敏感，而耐熱性差的聚合物對溫度較敏感。試樣放置時間長，其內(nèi)部在制作過程中遺留下來的殘余應(yīng)力就小。這些因素對測試結(jié)果的影響也是相當(dāng)大的，如圖26-6所示尼龍類聚合物吸水后可起增塑作用，隨著吸水率的增加，沖擊強(qiáng)度顯著提高，干濕材料的測試結(jié)果會出現(xiàn)成倍的詫異。因此，為了獲得重復(fù)性好的可靠結(jié)果，還必須

8、在測試之前對試樣進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)化”處理或某些要求的特殊處理。試樣預(yù)處理的要求在標(biāo)準(zhǔn)方法總要求中做了明確的規(guī)定。（二）測試環(huán)境條件測試環(huán)境條件對測試結(jié)果的影響主要指環(huán)境的溫度和濕度的影響。其影響大小視塑料本身的性能而異。一般來說，熱塑性塑料比熱固性塑料對環(huán)境變化敏感，其中耐熱性差的又比耐熱性好的更敏感。這是很自然的，因而耐熱性差的塑料其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）低，隨溫度的升高，材料逐漸從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變，其強(qiáng)度性質(zhì)必然降低。如圖26-7所示，聚丙烯的屈服強(qiáng)度從0oC升高到30oC時相對誤差達(dá)50。其他許多塑料都有類似的情況。由于溫度預(yù)聚合物的力學(xué)狀態(tài)密切相關(guān)，而我國土地遼闊，東西南北各地溫度和濕度的

9、差別很大，因此為了消除環(huán)境條件的影響，測試環(huán)境的溫度、濕度必須統(tǒng)一。我國目前塑料測試國家標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定環(huán)境溫度為252oC，相對濕度為655。拉伸試驗(yàn)原理一、 有關(guān)力學(xué)基本概念（一）力的分類1、外力 外力又稱載荷，是由其它的物體的作用而產(chǎn)生的。這種外力使物體改變位置，發(fā)生尺寸和形狀的變化。外力由可分為表面力和質(zhì)量力兩種。前者使通過其他物體預(yù)該物體表面作用而產(chǎn)生的外力，后者是作用在該物體內(nèi)所有各質(zhì)點(diǎn)上的外力（如萬有引力、自重力等）。2、內(nèi)力 內(nèi)力是物體本身一部分對另一部分作用而產(chǎn)生的力。內(nèi)力可分為兩種：一是“固有內(nèi)力”如聚合物內(nèi)部原子、分子之間的相互作用力；二是在外力作用下使物體發(fā)生形變，同時在物

10、體內(nèi)部產(chǎn)生對抗這種變形的彈性力。這種內(nèi)力的特點(diǎn)是在一定限度內(nèi)隨外力增長而增長，超過這一限度物體就要被破壞。3、應(yīng)力 應(yīng)力就是平均的內(nèi)力表面密度或更精確地說是極限內(nèi)力密度。式中：是在面積上與外力大小相等的內(nèi)力總和，是物體內(nèi)部的一小塊面積。在這一小塊面積上應(yīng)力并不都是垂直的。如果在物體中選一小塊體積元，各個表面上的應(yīng)力分布如圖26-8所示，任何一個總應(yīng)力Pi都可分解稱沿X、Y、Z三個方向上的三個相互正交的分力。因此作用在體積元三個方向面上總共由九個應(yīng)力分量，用矩陣表示成： 也可叫做應(yīng)力張量，并可以證明如果物體不發(fā)生轉(zhuǎn)動，是一個對稱張量：，。因此只有六個分量是獨(dú)立的，并可分解成幾個張量，它們都有明確

11、的物理意義。=+=+式中：，叫做法向平均應(yīng)力。張量（）稱為偏張量，（）稱為球張量（各向同性），（）稱為剪切張量。其中張量（）和張量（）是使物體體積不變，形狀改變的張量，二者合起來也稱為形變張量或剪切張量。張量（）是使物體體積改變、形狀不變的張量。在工程上，由于內(nèi)力實(shí)際上使無法直接測量的，因此把作用在物體上的外力就看成“附加內(nèi)力”即彈性力，把物體單位面積上所承受的外力叫工程應(yīng)力，這樣就可以直接測量了。（二）應(yīng)力物體在內(nèi)力作用下所發(fā)生的形變稱為應(yīng)變。這種使物體形變的內(nèi)力通常都是由于外力的作用而引起的。在這種外力作用下，物體的應(yīng)變大致有：拉伸，壓縮，剪切，彎曲和扭轉(zhuǎn)等，主要使前三種。1、 拉伸應(yīng)變

12、在拉力（張力）作用下物體發(fā)生縱向伸長而橫向收縮的形變。其應(yīng)變量可表示成： 式中：，L分別為原始長度和拉伸后的長度。而總形變量不大時，上式可寫成：上式可看成一級近似，又叫公稱應(yīng)變，可直接測量。2、 剪切應(yīng)變 在剪切力作用下物體兩個面之間發(fā)生了相對位移，這種形變叫剪切形變。形變量不大時剪切應(yīng)變?yōu)椋浩渲校篋為邊長，為形變距離，為形變角度。 3、靜壓縮 在均勻壓縮時物體體積發(fā)生變化，稱為本體形變。其應(yīng)變稱為體應(yīng)變，可表示成：由于應(yīng)變是由應(yīng)力引起的，應(yīng)變是隨應(yīng)力變化的運(yùn)動學(xué)關(guān)系量，所以應(yīng)力張量具有的分量，就有相應(yīng)的應(yīng)變分量?？蓪懗膳c前式相應(yīng)的應(yīng)變張量形式：+其中：，（）是應(yīng)變球張量（形狀不變體積變），而

13、（）（）是應(yīng)變偏張量與應(yīng)變剪切張量，總稱為應(yīng)變張量。在形變不大時，可以證明應(yīng)變分量與形變量之間有如下關(guān)系：即2但在形變量較大時，。（三）應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系對于理想彈性體，抗張應(yīng)力與抗張應(yīng)變之間的關(guān)系即是虎克定律：（即）其中，E為楊式模量或拉伸模量，它等于拉伸應(yīng)力（）與拉伸的剛度。我們知道，材料在拉伸時不僅軸向伸長，同時橫向要收縮。在材料科學(xué)中把橫向應(yīng)變與軸向上應(yīng)變之比稱為伯松比，以表示，對各向同性體可寫成：表26-1 一些材料的伯松比材 料材 料苯0.5天然像胺0.495水0.5高壓聚乙烯0.49汞0.5低壓聚乙烯0.47鉛0.44聚丙烯0.43青銅0.320.35聚1-丁烯0.47鑄鐵0.

14、230.27聚苯乙烯0.38黃銅0.320.36聚氯乙烯0.42鋁0.320.36聚一氯三氟乙烯0.44鋅0.21聚四氟乙烯0.46鋼0.250.33聚甲基丙烯酸甲脂0.40金0.42聚苯醚0.41玻璃0.25尼龍660.46石料0.160.34尼龍60.44聚砜0.42聚甲醛0.44對那些在拉伸過程中體積保持不變的各向同性材料可以證明其伯松比為1/2。對于一般材料，由大量實(shí)驗(yàn)得知0v1/2，表26-1是一些材料的伯松比值。前邊已經(jīng)指出，應(yīng)力是應(yīng)變的動力，各個應(yīng)力張量只能引起特定的應(yīng)變，它們之間有對應(yīng)關(guān)系，因此可以到三個對應(yīng)的關(guān)系：根據(jù)上式中的第一個對應(yīng)關(guān)系，可得：其中G為各向同性剪切模量。在

15、單軸拉伸時又因?yàn)橥瑫r因此 即 這樣就得到如下的重要關(guān)系：顯然，當(dāng)時，；當(dāng)時，。對一般物體，因此。由此可見物體反抗拉伸的強(qiáng)度大于反抗剪切的強(qiáng)度。同樣，靠我們可從第二個對應(yīng)關(guān)系得：式中：K時本性模量，它是物體承受的靜壓強(qiáng)與單位體積的體積改變量之比。于是，可得E、K、G三個重要的材料函數(shù)之間的相互關(guān)系式：可見，當(dāng)（即物體不可壓縮）時，E=3G。根據(jù)上訴幾個基本的關(guān)系式，只要知道其中任意兩個就可求出另兩個材料函數(shù)。此外，我們在進(jìn)行塑料的力學(xué)性能測試時必須清楚各項(xiàng)中材料的受力情況，明確測出的結(jié)果的物理意義，否則，我們的測試工作就失去了意義，既不能正確地取用，也不能與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較，或者在取用與比較中會出

16、現(xiàn)錯誤。二、塑料拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變曲線聚合物材料由于本身長鏈分子的大分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有多重的運(yùn)動單元，因此在外力作用下的力學(xué)行為是一個松弛過程，具有明顯的粘彈性質(zhì)。在拉伸是啊玉女時因試驗(yàn)條件的不同，其拉伸行為又很大差別。最典型的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖26-9所示。起始，應(yīng)力增大應(yīng)變也增加，在A點(diǎn)之前應(yīng)力變成正比關(guān)系，符合虎克定律，呈理想性體。A點(diǎn)叫做比例極限點(diǎn)。在OA直線上可任選適當(dāng)?shù)呐c，求出材料的起始彈性模量：E=/超過A點(diǎn)后的一段，應(yīng)力增大應(yīng)變?nèi)栽黾樱卟辉俪烧汝P(guān)系，比值逐漸減小，當(dāng)達(dá)到Y(jié)點(diǎn)時，其比值為零。Y點(diǎn)叫做屈服點(diǎn)。此時彈性模量近似為零，這是一個重要的材料特征點(diǎn)。對塑料來說

17、，它是使用的極限點(diǎn)。如果再繼續(xù)拉伸，應(yīng)力只需保持不變甚至還會下降，應(yīng)變可以再一個相當(dāng)大的范圍內(nèi)增加，直至斷裂。斷裂點(diǎn)的應(yīng)力可能比屈服點(diǎn)應(yīng)力小，也可比它大。斷裂點(diǎn)的應(yīng)力喝應(yīng)變叫做斷裂強(qiáng)度喝斷裂伸長率。聚合物材料是多種多樣的，它們的應(yīng)力應(yīng)變曲線也很多樣，大致可分為五類，如圖26-10所示。某種材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積，表示其反抗外力時所做的功，因此根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀就可以大致判斷出該材料的強(qiáng)度喝韌性。三、 驗(yàn)溫度與試驗(yàn)速度對塑料應(yīng)力應(yīng)變的影響塑料是一種粘彈性材料，它的力學(xué)松弛過程與溫度和外力作用頻率（時間）即試驗(yàn)速度有密切關(guān)系。當(dāng)溫度升高時，分子鏈段的熱運(yùn)動增加，松弛過程進(jìn)行較快，在拉伸試驗(yàn)

18、中表現(xiàn)出較大的形變和較低的強(qiáng)度。應(yīng)力應(yīng)變曲線會隨之發(fā)生很大的變化，如圖26-11所示。同樣，減慢拉伸速度時，使外力作用的時間增長即作用力頻率降低，使分子鏈的松弛過程能夠跟上外力的變化，即松弛時間與外力作用時間達(dá)到同一數(shù)量級時，材料表現(xiàn)出較大的形變和較低的強(qiáng)度。因此，改變拉伸速度時應(yīng)力應(yīng)變曲線也會發(fā)生很大的變化，如圖26-12所示。由此可見，試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)速度這兩個因素都可以引起塑料力學(xué)松弛過程快慢的改變，使應(yīng)力應(yīng)變曲線的形狀發(fā)生變化，影響測試結(jié)果。同時，在一定的范圍內(nèi)，增加拉伸速度與降低試驗(yàn)溫度的效果是相似的，這就是時間溫度等效原理。根據(jù)這個條件的不足。如溫度較高，可選擇規(guī)定的試驗(yàn)速度的上限進(jìn)

19、行試驗(yàn)，反之亦然。這樣我們就可以盡量在允許的條件下得到較滿意的結(jié)果。試驗(yàn)溫度與試驗(yàn)速度對應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響，各種聚合物是不相同的，即使同一種聚合物也會由于交聯(lián)程度的大小，結(jié)晶度的高低、增塑濟(jì)含量的多少、分子量的大小及分布的差別而表現(xiàn)出不同的結(jié)果。同時須指出，溫度不斷升高會改變聚合物的力學(xué)態(tài)度，也可能破壞原來聚合物的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)速度很慢時，聚合物在拉伸過程中也有發(fā)生結(jié)晶、取向或原來結(jié)晶的破壞和再結(jié)晶的現(xiàn)象。這些因素對每種材料都要做具體的分析研究，它們既然可以影響拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線，我們當(dāng)然也可以根據(jù)不同的應(yīng)力應(yīng)變曲線去研究高聚物材料的特性。儀器裝置拉伸試驗(yàn)中使用拉力試驗(yàn)機(jī)根據(jù)負(fù)荷測定的方法不同，

20、拉力試驗(yàn)機(jī)可以分為兩類：一種是用杠桿和擺錘的組合測力系統(tǒng)測定負(fù)荷的試驗(yàn)機(jī)，稱為擺錘式拉力試驗(yàn)機(jī)；另一種是用換能器將負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕臏y力系統(tǒng)測定負(fù)荷的試驗(yàn)機(jī)，稱為電子拉力試驗(yàn)機(jī)。無論哪種試驗(yàn)機(jī)更換夾具后，都可以進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、撕裂、剝離等項(xiàng)常規(guī)力學(xué)性能測試。一、 擺錘式拉力試驗(yàn)機(jī)（一）加載部分 一般用電動機(jī)通過變速器加載，手搖裝置也可以加載。無極變速裝置可以獲得所需要的試驗(yàn)速度。用于硬質(zhì)材料的拉力試驗(yàn)機(jī)，變速范圍約在5-35毫米/分或100毫米/分。用于軟件材料的試驗(yàn)機(jī)，變速范圍約在25-500號碼/分或1000毫米/分。（二）測力部分 試驗(yàn)受力變形時，作用在上夾頭的力，如圖26-

21、13所示，通過AB和CD兩級杠桿傳遞，帶動擺錘繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動而抬起。AB杠桿有兩個指點(diǎn)，是呀干那受拉力時以A點(diǎn)為支點(diǎn)，B點(diǎn)脫開，但受壓力時便自動更換為B點(diǎn)為支點(diǎn)，而A點(diǎn)脫開。這樣無論拉伸或壓縮總使擺錘向一個方向擺動。擺桿推動水平齒輪使齒輪和指針轉(zhuǎn)動，指針轉(zhuǎn)動角度與試樣所受的力成正比，這樣從度盤上即可讀出試樣受的力的大小。一般試驗(yàn)機(jī)可以更換三至四種擺錘重量，測力度盤上也對應(yīng)有3-4種刻度，這樣可有3-4種測力量程。目前國內(nèi)擺錘式拉力試驗(yàn)機(jī)的型號很多，可以根據(jù)不同的用途來要求選擇。二、電子式拉力試驗(yàn)機(jī)的原理如圖26-14所示。試樣形變所承受的力，通過力傳感器的電阻應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電訊號，經(jīng)過放大傳入X-Y

22、函數(shù)記錄儀的Y軸。小形變測量是用差東變壓器進(jìn)行的，訊號經(jīng)放大后轉(zhuǎn)入X-Y函數(shù)記錄儀的X軸。這樣就可以在記錄儀上自動描繪出載荷形變曲線。大形變是通過電位器或大形變測量器進(jìn)行的。橫梁移動速度的控制和調(diào)整是由同步電機(jī)、速度給定自整角機(jī)、相敏放大、直流電機(jī)、電機(jī)擴(kuò)大組、測速發(fā)電機(jī)組成的隨動系統(tǒng)來完成的。循環(huán)裝置是使用來位移脈沖記錄數(shù)器和自動定位電磁計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)向繼電器來完成的。目前國產(chǎn)電子拉力試驗(yàn)機(jī)型號不少，圖26-15是DL1000B型電子拉力試驗(yàn)機(jī)。總的來說，電子拉力試驗(yàn)機(jī)較擺錘式拉力試驗(yàn)機(jī)有如下的優(yōu)點(diǎn)：（一）它可使用X-Y函數(shù)記錄儀將載荷形變曲線或載荷形變時間曲線自動地記錄下來。（二）在一臺電子拉

23、力試驗(yàn)機(jī)上，更換不同量程的力傳感器就能夠測量很大范圍的載荷。可以從幾克到幾噸很方便地變換測力范圍。（三）一臺試驗(yàn)機(jī)上，拉伸速度范圍電子拉力機(jī)比擺錘式拉力機(jī)要寬得多，一般為0.1毫米/分500毫米/分。（四）大多數(shù)電子拉力機(jī)上還可做“應(yīng)力松弛”和“疲勞”等向試驗(yàn)。（五）大多數(shù)電子拉力機(jī)上還附帶有可以自動恒溫的，從-70oC300 oC的高低溫試驗(yàn)裝置。這樣可在任選的溫度下進(jìn)行各種力學(xué)試驗(yàn)。三、拉力試驗(yàn)機(jī)上常用的測量形變裝置（一）差動變壓器測長計(jì) 它是一種接觸式的測形變裝置，原理如圖21-16所示。它由一個初級線圈W1、W2及一個鐵芯所組成。當(dāng)在初級線圈上加一個交流電壓U時，兩個次級線圈中分別產(chǎn)生

24、感應(yīng)電勢E1，E2。E1，E2的大小與鐵芯的位置在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。測形變時將外殼即線圈組固定在試樣一標(biāo)線上，鐵芯與試樣另一標(biāo)線固定。當(dāng)試樣伸長時，鐵芯與線圈發(fā)生相對位移，E1，E2即發(fā)生變化，變化產(chǎn)生的信號通過放大，在記錄儀上就可讀出試樣形變的大小。其形變測量范圍一般在020毫米之間。（二）電位計(jì)式測形變裝置 它也是一種接觸式形變測量裝置，其原理如圖26-17所示。在一個較大的可以轉(zhuǎn)動的圓形線性滑動電位器AB兩端加一直流穩(wěn)定電壓，觸頭C與A或B之間有一分壓。與觸頭相連的外盤固定，與滑線電阻相連的內(nèi)盤可旋轉(zhuǎn)，它們分別用尼龍繩與試樣兩標(biāo)線相連，這樣當(dāng)試樣伸長時，尼龍線牽動滑線轉(zhuǎn)動，使CA或C

25、B之間的電壓成正比改變，記錄這一電壓變化即可測得試樣的伸長值。測量形變范圍可大0250毫米。實(shí)驗(yàn)步驟一、 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備（一）試樣制作 在拉伸試驗(yàn)中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)脑嚇有螤詈统叽?，使其拉伸時在有效部分?jǐn)嗔选Ｒ话愣际菃♀徯卧嚇?，主要時選擇適當(dāng)?shù)倪^度圓弧半徑和有效寬度。若過渡圓弧半徑較大，可使應(yīng)力集中的弊病減少，這對試樣在有效長度內(nèi)斷裂又很大好處。但過渡圓弧半徑過大，使過渡區(qū)域點(diǎn)的面積相應(yīng)增大，這又會使試樣在非有效區(qū)斷裂的可能性增加。同時，過渡圓弧半徑選擇不當(dāng)還會給試樣的涓加工帶來一些影響因素。因此，在塑料拉伸試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)方法中對各種試樣（如壓注、壓制、澆鑄、硬板材、軟片、薄模等）的形狀、尺寸、圓弧半

26、徑都做了統(tǒng)一的規(guī)定，準(zhǔn)備試樣時應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工制作。（二）試樣預(yù)處理 如前所述，測試結(jié)果與溫度、濕度有密切關(guān)系，因此在測試之前除了進(jìn)行制作中必要的后處理（如退火、淬火等）之外，還須在與試驗(yàn)條件相同的條件下放置一定時間，使試樣與試驗(yàn)條件的環(huán)境達(dá)到平衡。一般試樣愈硬厚，這段放置時間應(yīng)愈長一些。這在國家標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。（三）拉力試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備工作 要保證測試的順利進(jìn)行和結(jié)果的準(zhǔn)確，拉力試驗(yàn)機(jī)的良好工作狀態(tài)使必不可少的登錄。DL-1000B型電子式拉力試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)備工作包括：1、 首先調(diào)節(jié)工作室的溫度和濕度，使之符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。2、 開啟試驗(yàn)機(jī)的總電源和低壓電源，預(yù)熱電子放大器中的電子管燈線半小

27、時。然后開啟高壓電源，并通過電源監(jiān)測表頭，檢查電壓是否正常。3、 力系統(tǒng)調(diào)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)首先根據(jù)材料強(qiáng)度和試樣大小，選擇一個合適的量程的力傳感器。把選定的傳感器放在主機(jī)頂上傳感器上固定，用電纜把傳感器與測力放大器相連。同時在傳感器上裝好夾具。打開X-Y-T函數(shù)記錄儀，開啟記錄儀電源，把測力通道Y軸量程開關(guān)指短路擋，用調(diào)零旋鈕調(diào)好記錄儀的零點(diǎn)。然后把量程開關(guān)調(diào)到最小量程一擋。調(diào)節(jié)測力電橋平衡。測力放大器（“R粗”和“R細(xì)”）反復(fù)調(diào)節(jié)，使測力電橋處于平衡狀態(tài)。將調(diào)節(jié)開關(guān)分別置“調(diào)”、“細(xì)”擋時，記錄儀指針偏零不大于5毫米。為了使測量結(jié)果正確可靠，每次試驗(yàn)之前都需要用標(biāo)準(zhǔn)砝碼把力值讀數(shù)校正一遍。根據(jù)測力傳

28、感器的量程選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)砝碼加到夾具上，調(diào)節(jié)“校正”旋轉(zhuǎn)使記錄儀滿度，去掉砝碼使記錄儀指零。重復(fù)幾次，直到重復(fù)性很好為止。同時還可以改變砝碼或衰減測力量程校正值的線性程度。4、形變測量裝置校正根據(jù)試樣形變大小選擇一種測形變裝置，安裝好，時期初始位置固定，調(diào)節(jié)儀器面板上和記錄上的調(diào)零電位器，使記錄儀X軸指零，并在形變量程改變零點(diǎn)不變。然后用指標(biāo)長度計(jì)校準(zhǔn)記錄儀形變讀書值。5、高低溫試驗(yàn)準(zhǔn)備如果需要進(jìn)行高低溫試驗(yàn)，先把主機(jī)移動橫梁降低可，把高低溫試驗(yàn)爐推到主機(jī)兩線杠之間。把夾具用連桿通過瀘壁上下孔分別與傳感器和橫梁相連，固定在爐堂中。應(yīng)使連杠與爐壁之間無卡滯現(xiàn)象，否則應(yīng)調(diào)整爐子位置。把控溫與測溫鉑

29、熱電阻插入爐中，且與溫度系統(tǒng)相連。選好高低溫切換開關(guān)。打開電源，爐子風(fēng)扇工作。選好溫度給定，必要時用溫度微調(diào)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。加熱指標(biāo)燈的亮度強(qiáng)弱表示爐子加熱電壓的大小。以亮漸暗至滅表示燈溫已達(dá)給定值。爐子的低溫控制與此相似。不過它是通過控制固定在爐內(nèi)溫度的。在空氣室溫較大時應(yīng)注意液氨噴管外是否結(jié)冰，冰有可能阻塞噴口，使液氨無法噴出，爐溫?zé)o法降溫或控溫失調(diào)。二、測試步驟1、測量試樣的寬度和厚度 壓制、壓注、澆鑄的樣品，層壓板惡化其他板材準(zhǔn)確至0.05毫米，軟片厚度準(zhǔn)確至0.01毫米，薄模厚度準(zhǔn)確至0.001毫米。每個試樣在有效部分測量三點(diǎn)，取算術(shù)平均值，并在試樣上輕輕劃上有效部分的標(biāo)線（如圖26-

30、19所示）。2、根據(jù)不同試樣選擇合適的夾具，把試樣垂直地夾緊。不要太緊以免在夾持處造成傷痕影響拉伸強(qiáng)度，也不要太松弛以免拉伸時發(fā)生滑動影響測試。還要注意勿使試樣受橫向力，防止扭斷試樣，對脆性的小試樣更須小心。如要測量形變時，把形變裝置的夾持器夾在試樣有效部分劃線上。3、根據(jù)試樣種類按國家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)速度范圍，選擇一個合適的拉伸速度。然后在面板上選擇號相應(yīng)的速度給定值。面板如圖26-20所示?？v橫兩排速度選擇開關(guān)，它們正交對應(yīng)的速度對照表中所指示的數(shù)值就是給定的速度。如表中速度不能滿足要求，還可用速度連續(xù)調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)，使其達(dá)到所需要的任選速度值。4、檢查一遍試驗(yàn)要求的條件：溫度、速

31、度是否正確，記錄儀，測力系統(tǒng)是否準(zhǔn)備停當(dāng)。一切就緒才能開始試驗(yàn)。試驗(yàn)時如裝有測形變裝置將記錄儀接通Y-X通路，無測形變裝置記錄儀接Y-T通道，如只測一個最大抗拉強(qiáng)度可只用Y通道。試驗(yàn)時，開動試驗(yàn)速度下行按鈕，這時主機(jī)橫梁即按給定速度向下移動，開始拉伸試樣，直到試樣斷裂為止。試樣斷裂后可自動停機(jī)也可手動停機(jī)。這時在記錄儀上面畫出Y-X（載荷時間）曲線，或載荷直線。數(shù)據(jù)處理一、 拉伸試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)如下：(一)試樣的初始尺寸 有效部分長度Lo,試樣厚度d,試樣有效部分寬度b。 （二）一張拉伸記錄曲線（Y-X,Y-T,Y三者之一），如圖26-21所示。 二、抗拉強(qiáng)度的計(jì)算：（公斤/厘米2）其中P是最

32、大破壞載荷（公斤），由于不同材料拉伸時斷裂點(diǎn)的載荷可能小于屈服點(diǎn)載荷，也可能大于屈服點(diǎn)載荷。因此計(jì)算抗拉強(qiáng)度時所指的是最大破壞載荷，不一定是斷裂點(diǎn)的載荷，而是應(yīng)力應(yīng)變曲線上最大應(yīng)力點(diǎn)的載荷。三、斷裂伸長率： x100%其中Lo是試樣初始有效長度，L是試樣斷裂時標(biāo)線間的距離。（LLo）=,是試樣拉伸至斷裂時的總伸長值，可以從載荷變形（Y-X）曲線上直接讀出，也可以從載荷時間(Y-T)曲線上近似計(jì)算出來。計(jì)算方法如下：其中s 是開始拉伸到斷裂時記錄紙上走過的長度（距離），是記錄儀走紙速度，是拉力機(jī)拉伸試樣的速度。注意這樣計(jì)算出來的形變值是上下夾具間的伸長值而不是試樣有效部分的形變值，形變不太大時可

33、以近似相等。四、起始彈性模量： （公斤/厘米2）其中分別是比例極限點(diǎn)以內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變，如圖26-9所示。直接從Y-X曲線上求此更方便：五、拉伸試驗(yàn)結(jié)果的討論（一）關(guān)于抗張強(qiáng)度用上式計(jì)算抗張強(qiáng)度顯然有個假設(shè)，即拉伸過程中試樣的橫切面積不變。嚴(yán)格說來這是不可能的?？偹苤Ｔ嚇虞S向被拉長，徑向必然會相應(yīng)收縮，只是各種材料收縮的程度不同。如果假設(shè)試樣拉伸時體積不變（此材料的伯松比v=0.5），可以得到如下：故 顯然，只有當(dāng)時（即拉長很小很小時），脆性材料可近似這種情況，因此上式的計(jì)算結(jié)果只有這時才比較正確。當(dāng)伸長較大時，較大，上式計(jì)算結(jié)果就有相當(dāng)大的偏差。假設(shè)拉伸試樣均勻伸長50（0.5Lo

34、），那么上式的計(jì)算結(jié)果就比真實(shí)值小一倍。因此，伸長較大時上式計(jì)算的抗張強(qiáng)度時相當(dāng)不正確的。拉伸時的實(shí)際情況是相當(dāng)復(fù)雜的。拉伸時在有效部分的伸長并不一定均勻，可能出現(xiàn)細(xì)頸。斷裂時橫斷面積在不斷改變，斷裂瞬時的橫截面面積測定很困難。即使均勻伸長，各種材料并非體積保持不變，因此也不能簡單按上述方法校正，故目前仍有用上式計(jì)算抗張強(qiáng)度。此外，上式中P指的是最大破壞載荷，有時是屈服點(diǎn)載荷，有時是斷裂點(diǎn)載荷。因此上式計(jì)算出來的抗張強(qiáng)度物理意義并不明確。根據(jù)以上的討論可以看出，上式可以得到的抗張強(qiáng)度只有工程意義。（二）關(guān)于材料的模量 計(jì)算得到的起始彈性模量，物理意義是比較明確的。因?yàn)槔扉_始時，形變量很小，應(yīng)

35、變與應(yīng)力成正比，材料呈現(xiàn)理想彈性體，拉伸行為符合虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變之比即是彈性模量。當(dāng)然，應(yīng)力應(yīng)變曲線上任意一點(diǎn)對應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變之比也是該時刻的彈性模量，但它是在不斷變化的，沒有相互比較的意義。我們知道只需要求出了彈性模量E，又知道材料的伯松比v，就可以知道求出它的另兩個材料常數(shù)：剪切模量G和本體模量K。其中v是伯松比；P、是比例極限內(nèi)某點(diǎn)的載荷和伸長值，可由Y-X或Y-T拉伸記錄曲線上求得；Lo、 b、d是試樣的有效部分未拉伸時的長、寬、厚。（三）關(guān)于屈服強(qiáng)度 絕大多數(shù)聚合物在一定的溫度和應(yīng)變速率范圍內(nèi)都可以出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。一般屈服時都會出現(xiàn)拉伸緊縮現(xiàn)象。作為結(jié)構(gòu)材料的聚合物屈服點(diǎn)是它使用的

36、最大極限，因此有重要實(shí)際意義。近二十年來許多人做了不少研究，提出了各種屈服判決和解釋。但是屈服強(qiáng)烈地依賴于溫度和應(yīng)變速率，在我們實(shí)驗(yàn)規(guī)定的溫度和拉伸速度條件下不一定各種聚合物都會出現(xiàn)屈服現(xiàn)象。所以常規(guī)拉伸時不要求屈服數(shù)據(jù)。如果在此條件下出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，可以計(jì)算它的拉伸屈服強(qiáng)度和屈服伸長率。壓縮試驗(yàn)原理一、塑料壓縮強(qiáng)度的定義（一）壓縮強(qiáng)度 工程上的壓縮強(qiáng)度是指在試樣上施加壓縮載荷使其破壞時單位面積上所能承受的載荷：（公斤/厘米2）式中：P是試樣壓縮破壞載荷，對脆性材料是破裂時的載荷，對非脆性材料是屈服點(diǎn)載荷；是試樣初始橫截面積。（二）壓縮彈性模量 與拉伸彈性模量相似，壓縮彈性模量是指在比例極限范圍

37、內(nèi)，任一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變之比： （2622）其中是壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線上比例極限范圍內(nèi)某一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變。二、影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素 （一）試樣的形狀和尺寸1、 試樣的形狀一般以成型和加工方便、實(shí)驗(yàn)中不失穩(wěn)為宜。一般板材多采用長方體，模制樣品均采用圓柱體。2、 試樣高度 實(shí)驗(yàn)表明，試樣高度在1.75厘米至3.0厘米之間對壓縮強(qiáng)度影響不大。在1.75厘米以下有顯著影響，隨試樣高度增加其壓縮強(qiáng)度下降。這可能是因試樣上下端面與壓板間的摩擦力妨礙了試樣壓縮時的橫向擴(kuò)張和產(chǎn)生縱向裂紋，使測定值增高。試樣高度增大時，這種約束力對試樣中部的橫向擴(kuò)張影響小，使測定值偏低。如果在試樣上下端面與壓板之間上潤滑劑使摩擦力減小

38、，的確會使壓縮強(qiáng)度降低。因此在國家標(biāo)準(zhǔn)方法中試樣高度規(guī)定為20毫米。3、 平行度 試樣上下端面必須平行并與各側(cè)面垂直，否則會影響測試結(jié)果。這是因?yàn)閴嚎s載荷不能均勻作用在試樣各部分，使試樣某些局部應(yīng)力集中造成破壞而影響測試結(jié)果。（二）實(shí)驗(yàn)速度的影響 實(shí)驗(yàn)速度對壓縮強(qiáng)度影響很大。這與拉伸等其它力學(xué)測試情況完全一樣，這里不在敘述。為了便于相互比較，國家標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定壓縮實(shí)驗(yàn)速度為52毫米/分。實(shí)驗(yàn)步驟一、 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（一） 試樣 試樣的制備和預(yù)處理與拉伸實(shí)驗(yàn)相同。（二） 儀器 壓縮實(shí)驗(yàn)也是用拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，如果不能直接壓縮，一般可以加一個換向器夾持器，如圖（2622）所示。二、 測試步驟（一） 測量試

39、樣尺寸，準(zhǔn)確至0.005毫米，至少測量三點(diǎn)，取算術(shù)平均值（不測高度）。（二） 將試樣放在壓板中心，以規(guī)定實(shí)驗(yàn)速度施加壓縮載荷，試樣屈服或破裂后即停止加載。所得YT（載荷時間）曲線與拉伸曲線（見圖2622）相似。數(shù)據(jù)處理首先從YT曲線上讀出最大破壞（屈服或破裂）載荷，再根據(jù)上面介紹的方法求出比例極限點(diǎn)以內(nèi)某點(diǎn)的應(yīng)力和應(yīng)變。根據(jù)（2621）式算出壓縮強(qiáng)度。由（2622）式求出壓縮彈性模量（注意，壓縮彈性模量不是本體模量也不是楊氏模量）。靜彎曲實(shí)驗(yàn)原理一、 塑料靜彎曲強(qiáng)度的定義塑料的靜彎曲強(qiáng)度是指用支梁法如圖2623（1）所示，將試樣放在兩個支點(diǎn)上，在兩支點(diǎn)中間施加集中載荷，使試樣變形直至破壞時的強(qiáng)

40、度。對非脆性材料，當(dāng)載荷達(dá)到一定值時會出現(xiàn)屈服現(xiàn)象，這時的載荷也叫破壞載荷，其強(qiáng)度也稱為靜彎曲屈服強(qiáng)度。 （2623）其中P是破壞載荷（破裂或屈服載荷），L是實(shí)驗(yàn)跨度即兩支點(diǎn)間的距離，b、d是試樣的寬度和厚度。 彎曲模量是指材料在比例極限內(nèi)，彎曲應(yīng)力與應(yīng)變的比值： （2624）其中是試樣在施加載荷時所對應(yīng)的應(yīng)變（撓度）。 彎曲強(qiáng)度嚴(yán)格講應(yīng)指純彎曲下的強(qiáng)度，但簡支梁“三點(diǎn)式”加載法是存在剪切力影響的，為了解決這個問題，有人提出了“四點(diǎn)式”加載法。這兩種加載方式的彎矩，剪力定性分析如圖2623所示。可見“四點(diǎn)式”加載法試樣的中間部分為純彎曲而無剪切力的影響。但實(shí)際試驗(yàn)中加載均衡有困難，因此目前仍都

41、采用“三點(diǎn)式”加載法。二、 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素 （一）試樣尺寸的影響 試樣的厚度與寬度對結(jié)果影響不大。試樣的機(jī)械加工面對結(jié)果有影響。因此，盡量不要采用雙面加工的方法，而采用單面加工的方法來制作試樣。實(shí)驗(yàn)時加工面朝上壓頭，即可基本消除加工影響。 （二）上壓頭圓弧半徑的影響 在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下改變上壓頭圓弧半徑對結(jié)果影響不大。規(guī)定上壓頭圓弧半徑的目的是為實(shí)驗(yàn)中試樣不產(chǎn)生明顯壓痕。在小跨度試驗(yàn)時如上壓頭圓弧太大，會增加剪切力的影響。(一) 彎曲上壓頭（或2）毫米，=2毫米。(二) 實(shí)驗(yàn)跨度L=10d0.5毫米。(三) 實(shí)驗(yàn)速度V=13d毫米/分。三、測試步驟（一） 測量試樣中間部位的寬度和厚度，

42、寬度準(zhǔn)確至0.05毫米，厚度準(zhǔn)確至0.01毫米，各測量三點(diǎn)取其算術(shù)平均值。（二） 在拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)上，裝上換向器（入圖2622）和彎曲夾持器、上壓頭。調(diào)節(jié)好實(shí)驗(yàn)跨度（L），放置好試樣，加工面朝上。入圖2625所示。（三） 按選好的實(shí)驗(yàn)速度加載實(shí)驗(yàn)。在記錄儀上記錄YT（載荷時間）曲線。待試樣斷裂或屈服馬上停車。防止換向器與彎曲夾持器行程到底。實(shí)驗(yàn)中注意檢查跨度是否改變，如果改變此次實(shí)驗(yàn)作廢。其YT曲線與拉伸實(shí)驗(yàn)相似。 數(shù)據(jù)處理 按前面介紹的方法在YT曲線上讀出破壞或屈服載荷（P），計(jì)算出此比例極限區(qū)某點(diǎn)的載荷有饒度（），根據(jù)（2623）式計(jì)算材料的彎曲模量。 剪切實(shí)驗(yàn)原理一、 剪切與剪切強(qiáng)度（一）剪

43、切力的分析 在拉伸實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力分析中已指出，在外力下物體內(nèi)部一體積元上產(chǎn)生的應(yīng)力可分解成九個應(yīng)力分量，其中有六個是剪切應(yīng)力分量見（261）式和（262）式。由于剪切應(yīng)力分量是對稱張量，故只有三個獨(dú)立剪切分量，可表示成： = 或 同時，剪切應(yīng)力張量是使物體體積不變而形狀改變的應(yīng)力張量。因此物體在剪切應(yīng)力作用下很容易發(fā)生形變。對在工程構(gòu)件中作為結(jié)構(gòu)材料、的塑料來說，受剪切應(yīng)力的作用很容易發(fā)生形變、破壞，所以塑料的的抗剪切強(qiáng)度的一個重要的材料性能。在實(shí)際工程構(gòu)件中，許多零件和部件是在承受剪切力作用下工作的，其形變也主要是剪切形變，如圖2626所示。這實(shí)際是一種簡單剪切，它只有一對剪切應(yīng)力分量：。其余的

44、所有應(yīng)力分量都為零。正是由于這一對剪切應(yīng)力分量的作用，使剪切帶變形，造成構(gòu)件的破壞。（二）剪切強(qiáng)度 試樣在剪切應(yīng)力作用下破壞時單位面積上所能承受的載荷值叫剪切強(qiáng)度。實(shí)際就是此時的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)時加載方式不同，剪切強(qiáng)度計(jì)算公式如下： 單面剪切強(qiáng)度 （2626）雙面剪切強(qiáng)度 （2627）其中P是最大破壞載荷，b、L分別是試樣剪切面的寬度和長度。二、 剪切方式和試樣形狀的選擇剪切實(shí)驗(yàn)中，剪切方式和試樣形狀是比較多的。根據(jù)材料實(shí)際應(yīng)用的要求，剪切試樣的形狀和受力方式有單位拉伸剪切、單面壓縮剪切、雙面壓縮剪切和純剪切等幾種。如圖2627所示。其中（1），（2），（3），（4）適用于層壓材料剪切實(shí)驗(yàn)；（5）適

45、用于粘接材料剪切實(shí)驗(yàn)；（6）適用于均質(zhì)材料（如各種熱塑性塑料）和層壓材料間剪切實(shí)驗(yàn)。試樣形狀和受力方式不同，剪切強(qiáng)度有明顯的差別。其主要原因如下：（一） 不同試樣在不同受力情況下其剪切面上的應(yīng)力分布不同。在理想情況下，試樣測試剪切面上的應(yīng)力，應(yīng)該只存在剪切應(yīng)力，且分布應(yīng)是均勻的。但實(shí)際所用的各種類型的剪切試樣在剪切面上都存在不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，還存在或大或小的法向應(yīng)力。圖2628是三種受力情況下的剪切面內(nèi)的應(yīng)力分布情況?？梢娂冸p面剪切試樣剪切面上剪切應(yīng)力的的分布比較均勻，單面壓縮次之，單位拉伸剪切最不均勻。應(yīng)力集中就會造成試樣在此破壞，使測試結(jié)果偏低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明同種材料的剪切強(qiáng)度，單面

46、拉伸剪切最小單面壓縮剪切次之，純雙面剪切最大。（二） 加載方式不同所引起的附加力矩不同。這種附加力矩使試樣發(fā)生轉(zhuǎn)動冒失剪切受力面產(chǎn)生法向應(yīng)力致使測試結(jié)果偏底。由于施于物體上的剪切外力是一對方向相反又不在同一直線（或平面）上，剪切面無論怎樣薄總有一厚度，即兩個相反方向的外力之間總有一段距離，因此產(chǎn)生力矩是必然的。不同的實(shí)驗(yàn)方法使這種力矩產(chǎn)生的試樣轉(zhuǎn)動限制不同。在純雙面剪切中兩個方向相反的力矩相互抵消，使試樣不會轉(zhuǎn)動，法向應(yīng)力最小，測試結(jié)果最大，重復(fù)性也較好，目前采用較多。在圖2627中（5）表示的單面壓縮剪切中，這種力矩是由夾具來支承，但試樣受力形變時與夾具支承面的摩擦力約占破壞載荷的10%左右

47、，因此測試結(jié)果會偏底。圖2627（1）、（2）表示的單位面拉伸剪切中，這種力矩使試樣轉(zhuǎn)動，法向力最大，測試結(jié)果最小。除塑料或金屬粘接材料剪切強(qiáng)度測試方法與此相似外，實(shí)際中很少應(yīng)用。（三） 實(shí)驗(yàn)速度的選擇與拉伸、壓縮等實(shí)驗(yàn)一樣，實(shí)驗(yàn)速度對剪切強(qiáng)度也有一定影響。影響大小與材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有關(guān)。因此選擇實(shí)驗(yàn)速度須考慮到材料的特點(diǎn)。一般選在25毫米/分以下，不能太快，大小可參考表262。表262 不同材料剪切實(shí)驗(yàn)速度適用材料范圍 實(shí)驗(yàn)速度（毫米/分）層壓材料 610均質(zhì)熱塑性材料 7粘接材料 1025實(shí)驗(yàn)步驟一、 試樣準(zhǔn)備1、 根據(jù)選擇的剪切方式，按規(guī)定尺寸形狀制作試樣。并根據(jù)力學(xué)測試要求進(jìn)行預(yù)處理。2

48、、 測量剪切面的尺寸，長、厚、寬均準(zhǔn)確至0.05毫米。3、 每組試樣不少于5個。二、 測試1、 根據(jù)剪切方式在拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)上裝好拉伸或壓縮夾具，調(diào)節(jié)好測力系統(tǒng)（用YT通道記錄）及選好實(shí)驗(yàn)速度。2、 用必要的剪切專用輔助夾具將樣品固定在拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)的拉伸或壓縮夾具上。注意不要使試樣受扭力。3、 以選好的給定實(shí)驗(yàn)速度開始加載實(shí)驗(yàn)。在記錄儀上畫出與拉伸實(shí)驗(yàn)相似的YT（載荷時間）曲線，出現(xiàn)破壞或屈服時即停止加載。4、 按（2626式）或（2627）式計(jì)算剪切強(qiáng)度。根據(jù)計(jì)算起始彈性模量的方法可以求出剪切模量G、由（2620）式可求出材料的泊松比。 沖擊實(shí)驗(yàn)原理一、 沖擊實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和種類沖擊實(shí)驗(yàn)是用來量度材料

49、在高速沖擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡挚鼓芰Φ?。對研究塑料在?jīng)受沖擊載荷時的力學(xué)行為有一定的實(shí)際意義。一般沖擊實(shí)驗(yàn)采用以下三種方法：（一）擺錘式?jīng)_擊彎曲實(shí)驗(yàn)，包括簡支梁型（國外稱Charpy 法）和懸臂梁型（lzod法）。這兩種方法（見圖2629）都是將試樣放在沖擊上規(guī)定的位置上，然后使擺錘自由落下，試樣受到?jīng)_擊彎曲的力，沖斷試樣時所消耗的功除以沖擊面積（試樣橫切面積），就得到單位面積上抗沖擊彎曲的功，稱為沖擊強(qiáng)度，單位為：公斤厘米/厘米。 這種沖擊力實(shí)驗(yàn)方法儀器簡單，操作方便，在生產(chǎn)和科研部門廣泛采用。盡管這種方法應(yīng)用普偏，但目前認(rèn)為其結(jié)果數(shù)據(jù)并沒有確切的物理意義，只能在工業(yè)上作為材料沖擊韌性的

50、粗約估計(jì)。這是因?yàn)樗鶞y出的能量并不是真正完全用于使式樣斷裂的能量。擺錘式?jīng)_擊方法中，擊短式樣所耗的功，包括以下幾方面的能量：使式樣產(chǎn)生裂痕的能量和裂痕在式樣中傳播的能量；使式樣產(chǎn)生永久變形的能量；式樣斷裂后產(chǎn)生的（“飛出功”）等等。因此，這種方法測得的抗沖強(qiáng)度并不完全表示塑性韌性。冽如 ：對聚甲基丙烯酸甲酯來說，飛出功占消耗能量的50 %左右，而且，對同一跨度來說，式樣越厚，飛出功越大。因此，同樣的材料而厚度不同的式樣作沖擊試驗(yàn)時，厚度越大的式樣，測得的沖擊強(qiáng)度一般也越大。此外，式樣本身的取向，缺口半徑等對測試結(jié)果也有很大的影響。（二） 落球式?jīng)_擊試驗(yàn) 這種方法如圖26-30所示。他可測出式樣

51、剛好形成裂紋而不是把式樣完全打斷的能量，即球的重量和它下落高度的乘積。這種功消除了“非出功”的影響，和實(shí)際應(yīng)用的情況也較相近。但是這種方法也有其缺點(diǎn)，因不同材料產(chǎn)生裂痕所需要的能量不同，試驗(yàn)時，如果球的重量不變，這需在不同的高度下進(jìn)行試驗(yàn)。因此不同材料的落球速度下進(jìn)行比較的，而沖擊速度對材料的沖擊強(qiáng)度有很大影響。當(dāng)然，也可以采用落下高度一定，改變落球重量的方法進(jìn)行試驗(yàn)，這樣可保持沖擊速度一定。此外，落球沖擊試驗(yàn)時，式樣的數(shù)目較多，式樣也較麻煩?？傊淝蚍ㄊ遣惶奖愕?，且只適用于板塊材料。（三）高速拉伸沖擊試驗(yàn) 在高速（500毫米/分）情況下拉伸試樣，電子拉力機(jī)記下YT曲線，轉(zhuǎn)換應(yīng)力應(yīng)變曲線，

52、計(jì)算此曲線下的面積就是試樣沖擊破例時所需的能量。以此來衡量材料的沖擊韌性是比較好的方法。在高速拉伸沖擊試驗(yàn)中，可以單獨(dú)測量出高速拉伸時的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率。這一點(diǎn)在一般沖擊試驗(yàn)方法中是無法單獨(dú)測量的。因此，可以根據(jù)斷裂伸長率，斷裂強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積這三者來判斷材料的沖擊性能，把強(qiáng)度和韌性二者區(qū)別開來。對于那些斷裂所需能量（沖擊強(qiáng)度）相近的材料，應(yīng)該斷裂強(qiáng)度大同時斷裂伸長率較高的材料才是沖擊性能好的材料。但是，這種方法對拉力機(jī)要求較高。這方面的工作也還待進(jìn)一步研究。二、擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本原理擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造三部分，即機(jī)架部分、擺錘沖擊部分和指示系統(tǒng)部分。其基本原理是把擺錘抬

53、高置掛于機(jī)架的楊臂上以后，此時揚(yáng)角為，如圖2631所示。它便獲得了一定的位能。當(dāng)擺錘自由落下，則位能轉(zhuǎn)化為動能將式樣沖斷。沖斷實(shí)驗(yàn)后，擺錘仍以剩余能量升到某一高度，升角為，在整個沖擊試驗(yàn)過程中，按照能量守恒原則寫成如下關(guān)系： （2628）式中：W是沖擊錘重量，L是沖擊錘的擺長，是沖擊錘沖擊前的楊角，是沖斷式樣之后沖錘的升角，A是沖斷試樣所消耗的功，A是擺錘在角段內(nèi)克服空氣阻力所消耗的功，A是擺錘在角段內(nèi)克服阻力所消耗的功，而是試樣斷裂時飛出部分所具有的能量。通常（2628式中后面三項(xiàng)）都可忽略不計(jì)。這樣沖斷試樣時所消耗的功為： （2629）在上式中除外均為已知數(shù)，因此根據(jù)擺錘沖斷試樣后的升角的大小，即可繪出讀書盤，由讀書盤可直接讀出沖斷試樣時所消耗的功的數(shù)值。必須指出，一般由實(shí)驗(yàn)機(jī)讀數(shù)盤讀出的數(shù)值中包