实验八 电子拉力机测定聚合物的拉伸应力应变曲线 实验八 电子拉力机测定聚合物的拉伸应力应变曲线

目的和要求 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。 2、了解测试条件对测定结果的影响。 3、测定聚丙烯等材料的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率，并理解应力—应变曲线的意义； 4、掌握高聚物的静载拉伸实验方法。

实验原理 1、应力—应变曲线 拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力—应变曲线是不同的。

应力与应变之间服从虎克定律，即： 式中　σ——应力，MPa； 　 ε——应变，％； E——弹性模量，MPa； A为屈服点，A点所对应力叫屈服应力或屈服强度。

2、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶 段 (1)屈服区(2)延伸区(3) 增强区 3、影响高聚物机械强度的因素 (1)大分子链的主价链，分子间力以及高 分子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主要内在因素。 (2)混料及塑化不均, 会产生细纹、凹陷、真空泡等形式留在制品表面或内层。 (3)环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的影响 。

4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力-应变曲线的形状也不同。目前大致可归纳成5种类型 (a)的特点是软而弱。拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。 (b)的特点是硬而脆。拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。

(c)的特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。 (d)的特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。 (e)的特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等。

仪器、设备和材料 1、 材料试样 (1) 试样的类型和尺寸 ① I型试样 I型试样形状及尺寸分别见图2-1和表1-1。 图2-1 I型试样

表 1-1 I型试样尺寸(mm)

② II型试样 II型试样形状及尺寸分别见图2-2和表1-2。

③ III型试样形状及尺寸分别见图2-3和表1-3。 表1-3 III型试样尺寸(mm)

④ IV型试样形状及以下分别见图2-4和表1-4。 表1-4 IV型试样尺寸(mm)

(2)试样类型的选择 不同的材料由于尺寸效应不同，故应尽量减少缺陷和结构不均匀性对测定结果的影响，按表2选用国家标准规定的拉伸试样类型以及相应的实验速度。 III型仅用于测定拉伸强度

(3) 试样的制备及要求 ①试样制备和外观检查，按GB 1039规定进行。 ②试样厚度除表中规定外，板材厚度d≤l0mm时，可用原厚为试样厚度；当厚度d>10mm时，应从两面等量机械加工至10mm，或按产品标准规定加工。 ③每组试样不少于5个，对各向异性的板材应分别从平行与主轴和垂直与主轴的方向各取一组试样。

2、仪器、设备 实验设备为CMT微机控制电子万能试验机

实验步骤 1 按以下顺序开机：试验机——>打印机——>计算机。每次开机后，最好要预热10分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。 2 双击电脑桌面图标 ，进入试验软件，选择好联机的用户名和密码 选择对应的传感器（本实验为1号传感器）后击 。

3 准备好楔形拉伸夹具。若夹具已安装到试验机上，则对夹具进行检查,并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。 4 点击新试验，选择相应的塑料拉伸试验方案(试验方案的设置参照软件说明书)，输入试样的原始用户参数如尺寸等，如下所示。多根试样直接按回车键生成新记录。

5 分别将上、下夹具装到试验机的上、下接头上，插上插销，旋紧锁紧螺母。先搬动上夹具的上搬把，使钳口张开适当的宽度，大于所装试样的厚度即可；将试样一端放入上夹具钳口之间，并使试样位于钳口的中央，松开上搬把，将试样上端夹紧。在夹好试样一端后，力值清零（点击力窗口的 按钮）再夹另一端。 6 将大变形的上下夹头夹在试样的中部，并保证上下夹头之间的顶杆接触，以保证试样原始标距的正确。本实验顶杆的间距设置为50mm。 7 点击 ，开始自动试验。试验自动结束后，软件显示试验结果，包括试样的拉伸断裂强度、断裂伸长率和弹性模量等结果参数。

8 重复上述5-6步骤做完5个试样后，试验完成。点击 ,打印试验报告。 9 关闭试验窗口及软件。关机顺序：试验软件——>试验机——>打印机——>计算机。

实验数据与处理 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。 －拉伸强度；－拉伸时的应变；－拉伸断裂应力；－断裂时的应变； －拉伸屈服应力；－屈服时的应变； －偏置屈服应力；－偏置屈服时的应变X％； A－脆性材料；B－具有屈服点的韧性材料；C－无屈服点的韧性材料 图3-1 拉伸应力-应变曲线

按式(1-1)计算： （1-1） 式中 ——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 ——试样宽度，mm； d ——试样厚度，mm。 各应力值在拉伸应力-应变曲线上的位置见图3-1。

2、断裂伸长率 按式(1-2)计算： （1-2） 式中 ——断裂伸长率，％； Go ——试样原始标距，mm； G ——试样断裂时标线间距离，mm。 3、标准偏差值S S按式(1-3)计算： （1-3） 式中 S ——标准偏差值， ——单个测定值， ——一组测定值的算数平均值： n ——一测定个数． 4、计算结果以算术平均值表示， 取三位有效数值， 取二位有效数值，S取二位有效数值。

思考题 1 如何根据高分子材料的应力—应变曲线来判断材料的性能？ 2 在拉伸实验中，有时测试软件无法给出试样模量值，这是为什么？ 3 拉伸速度对测试结果有何影响?