实验8聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定.docx
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实验8聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
实验8-聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
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D638)。
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2-30I型试样图2-31II型试样
图2-32III型试样图2-33IV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2-7I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2-8II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2-9III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2-10IV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
2~10
-
d1
加强片厚度
3~10
-
D2
加强片
5o~30o
-
θ
加强片角度
-
-
塑料属于粘弹材料,它的应力松弛过程与变形速率密切相关,应力松弛需要一个时间过程。
当低速拉伸时,分子链来得及位移、重排,呈现韧性行为,表现为拉伸强度减少,而断裂伸长率增大。
高速拉伸时,高分子链段的运动跟不上外力作用速度,呈现脆性行为,表现为拉伸强度增加,断裂伸长率减少。
由于塑料品种繁多,不同品种的塑料对拉伸速度的敏感程度不同。
硬而脆的塑料对拉伸比较敏感,一般采用较低的拉伸速度。
韧性塑料对拉伸速度的敏感性较小,一般采用较高的拉伸速度。
(2)实验过程
1)用游标卡尺或测微计测每块试片的宽度和厚度。
算出横截面最小处的截面积并将数值记录。
2)调换和安装拉伸试验用夹具,将试片放入夹具。
3)设定试验条件如:
试验方式、试验速度、返回速度、返回位置、记录方式、传感器容量等。
4)键入试样参数如:
试样名称、编号、样品厚度、宽度,样品标定线间距。
5)检查屏幕显示的试验条件、试样参数。
如有不适合之处可以修改。
确认无误后,开始试验。
横梁以恒定的速度开始移动,同时数据采集系统也开始工作,扫描出载荷-伸长曲线。
仔细观察试样在拉伸过程中的变化,直到拉断为止。
6)重复
(2)~(5),试验其余的4块试片。
7)将拉伸速度依次变为10,20mm/min,每种速度都重复2)~6)。
5.实验报告
(1)根据电子拉力机绘制出的PS、PP拉伸曲线,比较和鉴别它们的性能特征;
(2)根据PP的载荷-伸长曲线,绘制应力-应变曲线;
(3)计算模量和断裂伸长率,计算断裂时的应力和应变;
(4)对每块样品都重复1~3。
6.问题与讨论
(1)改变试样的拉伸速度对试验产生什么影响?
(2)解释为什么要重复5块试样?
(3)如果测定线性和支化聚乙烯,可以从哪些方面来研究他们之间的性能的差异?
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- 实验 聚合物 拉伸 强度 断裂 伸长 测定