高分子材料与工程专业实验专用周指导书 - 图文

实验二 塑料拉伸强度及应力-应变曲线测定实验

一、实验目的

1、了解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、断裂伸长率和应力—应变曲线的测定方法； 3、考察拉伸速度等因素对聚合物拉伸性能的影响。

二、实验原理

拉伸实验是最基本、用途最广泛的一种材料力学实验。其基本过程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，由此来测量试样所能承受的最大载荷及相应的形变。通过拉伸实验可得到材料的拉伸强度、断裂伸长率以及拉伸弹性模量。

拉伸强度：在实验过程中，试样的有效部分原始横截面单位面积所承受最大负荷。 断裂伸长率：由拉伸负荷使试样有效部分标线间距离的增量与原始标距之比的百分率。 应力－应变曲线：以拉伸应力为纵坐标所得到的拉伸特性曲线称为应力－应变曲线。它往往是通过拉力机在一定的拉伸速度下自动记录拉伸负荷－形变曲线，经变换而得。

拉伸试验基本公式如下：

??L?L0 （1） L0F （2） A0??E?FL0? （3） ??A0(L?L0) 式中，?伸长率即应变；?为应力；L为样品某时刻的伸长；L0为初始长度；A0为初始横截面积；F为拉伸力；E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1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1 典型的聚合物拉伸应力－应变曲线

图2 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。

三、实验仪器和试样

1、实验仪器

微机控制电子万能试验机(美国MTC CMT4304)，30kN楔型拉伸夹具一套（夹具型号：XSD304A）；哑铃型制样机(美国MTC QYJ1251), ⅠA型夹具及靠模一套，游标卡尺、直尺。测试条件为，温度：25±2℃，湿度：65±5%，测试标准参考：GB 1040-2006。

电子万能试验机测试主体结构示意图，如图3所示。

图3 电子万能试验机结构示意图

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、实验试样 ABS材料制备哑铃型样条，制样方法如下。 (1) 试样类型和尺寸： Ⅰ型试样见图4 dWbGCHL 图4Ⅰ型试样 Ⅰ型试样的尺寸见表1 表1Ⅰ型试样的尺寸

符号 L H C G 名称 总长（最小） 夹具间距离 中间平行部分长度 标距或有效部分 尺寸 公差 150 115 60 50 — 符号 W d 名称 端部宽度 厚度 中间平行部分宽度 半径（最小） 尺寸 20 4 10 60 公差 ±0.2 — ±0.2 — 2R±5.0 ±0.5 b ±0.5 R Ⅱ型试样见图5

dR1GCHL图5 Ⅱ型式试样 Ⅱ型试样的尺寸见表2 表2 Ⅱ型试样的尺寸

符号 L H C G W

名称 总长（最小） 夹具间距离 中间平行部分长度 标距或有效部分 端部宽度 尺寸 115 80 33 25 25 公差 符号 — ±5 ±2 ±1 ±1 d 名称 厚度 中间平行部分宽度 小半径 大半径 尺寸 2 6 14 25 公差 — ±0.4 ±1 ±2 WbR0 b R0 R1 Ⅲ型试样见图6 bR0R2R1d0CL 图6 Ⅲ型试样 Ⅲ型试样的尺寸见表3 表3 Ⅲ型试样的尺寸 符号 名称 尺寸 符号 名称 尺寸 公差 符号 名称 尺寸 d1w