聚合物拉伸強度和断裂伸长率的测定.doc

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： （2－13） （2－14） （2－15） 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2－28（左）所示。在应力－应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。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2－28（右）所示的五种类型：①软而弱；②硬而脆；③硬而强；④软而强；⑤硬而韧。 图2－28 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AG－lOKNA)，游标卡尺、直尺。 万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图2－29所示。 图2－29万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）。选定的每种应变速度都应有5块样品。 试样形状拉伸试样共有4种类型：Ⅰ型试验样(双铲型)，见图2－30，II型试样(哑铃型)，见图2－31，III型试样(8字型)，见图2－32，IV型试样(长条型)，见图2－33。 图2－30 I型试样 图2－31 II型试样 图2－32 III 型试样 图2－33 IV型试样 不同类型的试样有不同的尺寸公差，具体见表2－7、表2－8、表2－9和表2－10。 表2－7 I型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 150 - H 夹具间距离 115 ±5.0 C 中间平行部分长度 60 ±0.5 G0 标距（或有效部分） 50 ±0.5 W 端部宽度 20 ±0.2 D 厚度 4 - B 中间平行部分宽度 10 ±0.2 R 半径（最小） 60 - 表2－8 II型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 110 - C 中间平行部分长度 9.5 ±2.0 d0 中间平行部分厚度 3.2 d1 端部厚度 6.5 W 端部宽度 45 - b 中间平行部分宽度 25 ±0.4 R0 端部半径 6.5 ±1.0 R1 表面半径 75 ±2.0 R2 侧面半径 75 ±2.0 表2－9 III型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 115 - H 夹具间距离 80 ±5.0 C 中间平行部分长度 33 ±2.0 G0 标距（或有效部分） 25 ±0.2 W 端部宽度 25 ±0.2 d 厚度 2 - b 中间平行部分宽度 6 ±0.2 R0 小半径 14 ±0.2 R1 大半径 25 ±0.2 表2－10 IV型试样公差尺寸 物理量 名称 尺寸/mm 公差/mm L 总长度（最小） 250 - H 夹具间距离 170 ±5.0 G0 标距（或有效部分） 100 ±0.5 W 宽度 25 ±0.5 L1 加强片间长度 150 ±5.0 L2 加强片最小长度 50 - d0 厚度 2