实验十五高分子材料应力-应变曲线的测定 聚合物材料在拉力作用下的应力应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试 验。聚合物的应力应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数(杨氏模量、 屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等)以评价材料抵抗载荷 抵抗变形和吸收能量的性质优劣:从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力 应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况 与拉伸取向、结晶过程,并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据 、目的要求 熟悉拉力机(包括电子拉力机)的使用 2.测定不同拉伸速度下PE板的应力应变曲线 3.掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量 、实验原理 应力-应变试验通常实在张力下进行,即将试样等速拉伸,并同时测定试样所受 的应力和形变值,直至试样断裂 应力是试样单位面积上所受到的力,可按下式计算: bd 式中P为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷 b为试样宽度,m d为试样厚度,m 应变是试样受力后发生的相对变形,可按下式计算: 100% 式中I0为试样原始标线距离,m:; I为试样断裂时标线距离,m。 应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分,按下式计算弹性模量E(MPa,N/m2) E 式中0为应力;ε为应变
实验十五 高分子材料应力-应变曲线的测定 聚合物材料在拉力作用下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试 验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、 屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷， 抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力 -应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况 与拉伸取向、结晶过程，并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据。 一、目的要求 1． 熟悉拉力机（包括电子拉力机）的使用； 2． 测定不同拉伸速度下 PE 板的应力-应变曲线； 3． 掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量； 二、实验原理 应力-应变试验通常实在张力下进行，即将试样等速拉伸，并同时测定试样所受 的应力和形变值，直至试样断裂。 应力是试样单位面积上所受到的力，可按下式计算： t P bd = 式中 P 为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷 b 为试样宽度，m； d 为试样厚度，m。 应变是试样受力后发生的相对变形，可按下式计算： 0 0 t 100% I I I − = 式中 I0 为试样原始标线距离，m； I 为试样断裂时标线距离，m。 应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分，按下式计算弹性模量 E（MPa，N/m2）： E = 式中σ为应力；ε为应变
在等速拉伸时,无定形高聚物的典型应力-应变曲线见图15-1 σ 图15-1无定形高聚物的应力应变曲线 a点为弹性极限,oa为弹性(比例)极限强度,εa为弹性极限伸长率。由0 到a点为一直线,应力应变关系遵循虎克定律=EE,直线斜率E称为弹性(杨 氏模量)。y点为屈服点,对应的σ,和ε,称为屈服强度和屈服伸长氯。材料屈服后 可在t点处断裂,ot、ε:为材料的断裂强度、断裂伸长率。(材料的断裂强度可大 于或小于屈服强度,视不同材料而定) 从o,的大小,可以判断材料的强与弱,而从ε,的大小(从曲线面积的大小) 可以判断材料的脆与韧。 晶态高聚物材料的应力应变曲线 Ec 图15-2晶态高聚物的应力应变曲线 在c点以后出现微晶的取向和熔解,然后沿力场方向重排或重结晶,故σ。称重
在等速拉伸时，无定形高聚物的典型应力-应变曲线见图 15-1： a 点为弹性极限，σa 为弹性（比例）极限强度，εa 为弹性极限伸长率。由 0 到 a 点为一直线，应力-应变关系遵循虎克定律σ＝Eε，直线斜率 E 称为弹性（杨 氏模量）。y 点为屈服点，对应的σy 和εy 称为屈服强度和屈服伸长氯。材料屈服后 可在 t 点处断裂，σt、εt 为材料的断裂强度、断裂伸长率。（材料的断裂强度可大 于或小于屈服强度，视不同材料而定） 从σt 的大小，可以判断材料的强与弱，而从εt 的大小（从曲线面积的大小） 可以判断材料的脆与韧。 晶态高聚物材料的应力-应变曲线： 在 c 点以后出现微晶的取向和熔解，然后沿力场方向重排或重结晶，故σc 称重 t a y O 图 15-1 无定形高聚物的应力-应变曲线 t a y c t t c O 图 15-2 晶态高聚物的应力-应变曲线
结晶强度。从宏观上看,在c点材料出现细颈,随拉伸的进行,细颈不断发展,到 细颈发展完全后,应力才继续增大到t点断裂。 由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响,因此必须在广泛的 温度和速度范围内进行。工程上,一般是在规定的湿度、速度下进行,以便比较 三、试样要求 1.试样制备和外观检查。制成如图15-3所示的哑铃形的样条,试样表面应光滑、 平整,不应有气泡、杂质、机械损伤等 2.每组试样不少于5个。 Ge 图15-3Ⅱ型试样 L:总长170;C:平行部分长度55±05:b:平 四、试验条件: 1.试验速度(空载) A:10mm/min±5mm/min B:50mm/min±5mm/min C:l00 mm/min±10 mm/min或250mm/min±50mm/min。以100 mm/min±10mm/min 的速度试验,当相对伸长率≤100时,用100mm/min±10mmn/min;相对伸长率> 100时,用250 mm/min±50mm/min (1)热固性塑料、硬质热塑性塑料:用A速度, (2)伸长率较大的硬质热塑性塑料和半硬质热塑性塑料(如尼龙、聚乙烯、聚丙 烯、聚四氟乙烯等):用B速度。 (3)软板、片、薄膜:用C速度 2.测定模量时,速度为 I mm/min~5mm/min,测变形准确至0.01mm。 五、试验设备:
结晶强度。从宏观上看，在 c 点材料出现细颈，随拉伸的进行，细颈不断发展，到 细颈发展完全后，应力才继续增大到 t 点断裂。 由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响，因此必须在广泛的 温度和速度范围内进行。工程上，一般是在规定的湿度、速度下进行，以便比较。 三、试样要求 1．试样制备和外观检查。制成如图 15-3 所示的哑铃形的样条，试样表面应光滑、 平整，不应有气泡、杂质、机械损伤等。 2．每组试样不少于 5 个。 四、试验条件： 1．试验速度（空载） A：10mm/min 5mm/min； B：50mm/ min 5mm/min； C：100mm/min 10mm/min 或 250mm/min 50mm/min。以 100mm/min 10mm/min 的速度试验，当相对伸长率≤100 时，用 100mm/min 10mmn/min；相对伸长率＞ 100 时，用 250mm/min 50mm/min。 （1）热固性塑料、硬质热塑性塑料：用 A 速度。 （2）伸长率较大的硬质热塑性塑料和半硬质热塑性塑料（如尼龙、聚乙烯、聚丙 烯、聚四氟乙烯等）：用 B 速度。 （3）软板、片、薄膜：用 C 速度。 2．测定模量时，速度为 l mm/min～5 mm/min，测变形准确至 0.01 mm。 五、试验设备： 图 15-3
拉伸试验机或电子拉伸试验机(试验机示值应从每级表盘满刻度的10% 90%,但不小于试验机最大载荷的4%读取,示值的误差应在±1%之内) 注:电子拉力试验机按有关规定执行。 六、试验步骤 1.实验应在一定的温度(热塑性塑料为25℃±2℃,热固性塑料为25±5℃)和湿 度(相对湿度为65%±5%)下进行。 2.测量模塑试样和板材试样的宽度和厚度准确至0.05mm;片材厚度准确至0.0lmm 薄膜厚度准确至0.00lmm。每个试样在标距内测量三点,取算术平均值。 3.测伸长时,应在试样平行部分作标线,此标线对测试结果不应有影响。 4.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,以防止试样滑脱和断在夹具内为度。夹持薄膜要求夹具内垫橡胶之类的弹性材 5.按规定速度,开动机器,进行试验 6.试样断裂后,读取屈服时的负荷。若试样断裂在标线之外的部位时,此试样作 废,另取试样补作 7.测定模量时,安装、调整测量变形仪器,施加负荷,记录负荷及相应的变形 七、数据处理 1.作PE试片的应力-应变曲线 2.求出抗张强度、断裂伸长率、弹性模量。 八、思考题 拉伸速度对试验结果有何影响? 2.结晶与非晶聚合物的应力-应变曲线有何不同?
拉伸试验机或电子拉伸试验机（试验机示值应从每级表盘满刻度的 10％～ 90％，但不小于试验机最大载荷的 4％读取，示值的误差应在 l％之内） 注：电子拉力试验机按有关规定执行。 六、试验步骤： l．实验应在一定的温度（热塑性塑料为 25℃±2℃，热固性塑料为 25±5℃）和湿 度（相对湿度为 65％±5％）下进行。 2．测量模塑试样和板材试样的宽度和厚度准确至0.05mm；片材厚度准确至0.01mm； 薄膜厚度准确至 0.00lmm。每个试样在标距内测量三点，取算术平均值。 3．测伸长时，应在试样平行部分作标线，此标线对测试结果不应有影响。 4．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，以防止试样滑脱和断在夹具内为度。夹持薄膜要求夹具内垫橡胶之类的弹性材 料。 5．按规定速度，开动机器，进行试验。 6．试样断裂后，读取屈服时的负荷。若试样断裂在标线之外的部位时，此试样作 废，另取试样补作。 7．测定模量时，安装、调整测量变形仪器，施加负荷，记录负荷及相应的变形。 七、数据处理 1． 作 PE 试片的应力-应变曲线。 2． 求出抗张强度、断裂伸长率、弹性模量。 八、思考题 1． 拉伸速度对试验结果有何影响？ 2． 结晶与非晶聚合物的应力-应变曲线有何不同？