高分子材料典型力学性能测试实验

高分子材料典型力学性能测试实验

《高分子材料典型力学性能测试实验》实验报告

实验序号: 实验项目名称:机械性能测试 学 号 实验地点 姓 名 指导教师 专业班级 实验时间 在这一实验中将选取两种典型的高分子材料力学测试实验,即拉伸实验及冲 击试验作为介绍。 实验一:高分子材料拉伸实验 一、实验目的 (1)熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件、测试原理及其操作,了解测 试条件对测定结果的影响。 (2)通过应力—应变曲线,判断不同高分子材料的性能特征。 二、 实验原理 在规定的实验温度、湿度与实验速率下,在标准试样(通常为哑铃形)的 两端沿轴向施加载荷直至拉断为止。拉伸强度定义为断裂前试样承受最大载荷与 试样的宽度与厚度的乘积的比值。实验不仅可以测得拉伸强度,同时可得到断裂 伸长率与拉伸模量。 玻璃态聚合物在拉伸时典型的应力-应变曲线如下: 1)弹性形变。在Y 点之前,应力随应变正比增加,从直线斜率可以求出杨 氏模量E。从分子机理瞧,这阶段的普弹性行为主要就是由高分子的键角、键长变 化引起。 2)屈服。应力在Y 点达到极大值,这点称为屈服点,其应力称为屈服应力。 3)强迫高弹形变(大形变):过了Y 点应力反而降低。这就是由于在大的外 力帮助下,玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动,高分子链的伸展提供了材 料的大的形变。运动本质与橡胶的高弹态一样,只不过就是在外力作用下发生的, 为了与普通高弹形变区分,通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热可恢复。 4)应变硬化。继续拉伸,分子链取向排列,使硬度提高,需更大的力才能 形变。 5)断裂。达到B 点时,材料断裂,断裂对应的应力B 即抗张强度;断裂 时的应变又称为断裂伸长率。直至断裂,整条曲线所包围的面积S 相当于断裂功。 高分子材料典型力学性能测试实验

结晶态聚合物拉伸时的应力-应变曲线,也同样经历了五个阶段,除了模量 与屈服应力较大外,其主要特点就是细颈化与冷拉。所谓细颈化就是指试样在一处或 几处薄弱环节首先变细,此后细颈部分逐渐缩短,直至整个试样变细为止。由于 就是在较低温度下出现的不均匀拉伸,所以又称为冷拉。 将试样夹持在专用夹具上,对试样施加静态拉伸负荷,通过压力传感器、 形变测量装置以及计算机处理,测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力—应变 曲线,计算出曲线上的特征点如试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力(拉伸 强度)、试样断裂时的拉伸应力(拉伸断裂应力)、在拉伸应力－应变曲线上屈服 点处的应力(拉伸屈服应力)与试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比 (断裂伸长率,以百分数表示)。所涉及的相关计算公式: (1)拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力σt σt 按式(1)计算: (1) 式中 σt—抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力,MPa; p—最大负荷或断裂负荷或屈服负荷或偏置屈服负荷,N; b—实验宽度,mm; d—试样厚度,mm。 (2)断裂伸长率εt εt 按式(2)计算: 式中 εt——断裂伸长率,％; G0——试样原始标距,mm; G——试样断裂时标线间距离,mm。 (3)模量:拉伸模量通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例按式(3)计 算: E=σ/ε (3) 各种不同类聚合物对应不同应力-应变曲线,主要有5 种不同类型:软而弱、 硬而脆、硬而强、软而韧、硬而韧。一般判断规则:硬与软从模量比较;强与弱 从屈服应力比较;脆与韧则可从断裂伸长率或断裂功比较。 实际聚合物材料通常只就是典型应力-应变曲线的一部分或者变异,而且应力- 高分子材料典型力学性能测试实验

应变试验所得的数据也与温度、湿度、拉伸速度有关。 三、 实验材料 (1)实验原料:韧性材料(HDPE 或PP 或PBS)、脆性材料(PS 或PLA)。 (2)试样的制备方法:注塑成型。 (3)试样的形状及尺寸:Ⅰ型,如图1-1 及表1-1 所示。 (2)实验拉伸速度的选择:不同的材料由于尺寸效应不同,故应尽量减少 缺陷与结构不均匀性对测定结果的影响,按国家标准规定的拉伸试样类型选择相 应的实验速度。 四、实验仪器、用具及样条 (1)实验机:微机控制10 kN 电子万能试验机,试样的状态调节与实验环 境按GB2918 规定进行。 (2)游标卡尺 (3)实验样条:韧性及脆性材料按照规定注塑成型,Ⅰ型试样。试样表面 应平整,无气泡、裂纹、分层及机械加工损伤等缺陷。 五、实验步骤 (1)准备两组标准试样(韧性、脆性)。 (2)测量试样中间平行部分的宽度与厚度,精确至0、01mm。 (3)熟悉万能试验机的面板、指示灯、显示窗等,进行实验参数设定。 高分子材料典型力学性能测试实验

(4)夹持试样,夹具夹持试样时,要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相 重合,并且要松紧适宜,以防止试样滑脱或断在夹具内。 (5)试验:点击负荷、变形等清零,点击开始试验,进行拉伸试验。 (6)观察拉伸过程的变形特征,直到试样断裂为止,记录试验数据。若试 样断裂在中间标距之外时,此试样作废。 (7)分析数据。 六、 实验注意事项 (1)实验前认真预习,集中精神听老师讲解,操作试验机时,认真细致, 注意安全。 (2)夹具安装时应注意上下垂直在同一平面上,防止实验过程中试样性能 受到额外剪切力的影响。 七、分析与讨论 高分子材料典型力学性能测试实验

拉伸实验结果中,图1与图2就是相同材料PP在不同大小相同厚度的试样拉伸的结果,从中可以瞧出两个的力-位移曲线走位大致相同,但试样小的断裂伸长率大于试样大的断裂伸长率。 从图1与图3可以瞧出PP与PET两种不同材料在拉伸力