实验4-聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定

实验聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定

41.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3LT（2-13）Fc=—（2-14）AE=—=—————（2-15）£A（L—）LQ式中，£伸长率即应变；为应力；L为样品某时刻的伸长；品为初始长度；4为初始横截面积;方为拉伸力；E为拉伸模量聚合物的拉伸性能可通过其应力一应变曲线来分析，典型的聚合物拉伸应力一应变曲线如图2-28（左）所示在应力一应变曲线上，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，应力一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一应变曲线1一软而弱；2—硬而脆；3—硬而强；4一软而强；5—硬而韧本实验在不同应变速度下测定聚乙烯的应力一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—10KNA）,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AG-10KNA图2-29万能电子拉力机测试主体结构示意图1一传感器；2一主架；3—横梁控制器；4—夹具；5—横梁；6—记录仪；7—控制台开关；8一控制面板;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2-32III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/mmL总长度（最小）150—II夹具间距离115±

5.0C60±

0.5中间平行部分长度G050±

0.5标距（或有效部分）W20±

0.2端部宽度D厚度4—B10±

0.2中间平行部分宽度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/mmL总长度（最小）110—C

9.5±

2.0中间平行部分长度d

03.2中间平行部分厚度dl

6.5端部厚度W端部宽度45一b25±

0.4中间平行部分宽度RO端部半径

6.5±

1.0RI表面半径75±

2.0R275±

2.0侧面半径表2—9IH型试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）115—H夹具间距离80±

5.0C中间平行部分长度33±

2.0G025±

0.2标距（或有效部分）W25±

0.2端部宽度d厚度2—b6±

0.2中间平行部分宽度RO14±

0.2小半径RI25±

0.2大半径表2—10IV型试样公差尺寸物理量名称尺寸/mm公差/mmL总长度（最小）250—H170±

5.0夹具间距离G0100±

0.5标距（或有效部分）W25±

0.5宽度L1150±

5.0加强片间长度L2加强片最小长度50—d0厚度2~10—dl加强片厚度3-10—D2加强片5o~30o—e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，扫描出载荷一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的载荷一伸长曲线，绘制应力一应变曲线；

（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〜

36.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。