高分子材料典型力学性能测试实验.doc

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1、《高分子材料典型力学性能测试实验》实验报告实验序号：　　　　　　　　　　实验项目名称：机械性能测试学　　号姓　　名专业班级实验地点指导教师实验时间在这一实验中将选取两种典型的高分子材料力学测试实验，即拉伸实验及冲击试验作为介绍。实验一：高分子材料拉伸实验一、实验目的（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，了解测试条件对测定结果的影响。（2）通过应力—应变曲线，判断不同高分子材料的性能特征。二、实验原理在规定的实验温度、湿度和实验速率下，在标准试样（通常为哑铃形）的两端沿轴向施加载荷直至拉断为止。拉伸强度定义为断裂前试样承受最大载荷与试样的宽度和厚度的乘积的比值。实

2、验不仅可以测得拉伸强度，同时可得到断裂伸长率和拉伸模量。玻璃态聚合物在拉伸时典型的应力-应变曲线如下：1）弹性形变。在Y点之前，应力随应变正比增加，从直线斜率可以求出氏模量E。从分子机理看，这阶段的普弹性行为主要是由高分子的键角、键长变化引起。2）屈服。应力在Y点达到极大值，这点称为屈服点，其应力称为屈服应力。3）强迫高弹形变（大形变）：过了Y点应力反而降低。这是由于在大的外力帮助下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大的形变。运动本质与橡胶的高弹态一样，只不过是在外力作用下发生的，为了与普通高弹形变区分，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热可恢复。4）应

3、变硬化。继续拉伸，分子链取向排列，使硬度提高，需更大的力才能形变。5）断裂。达到B点时，材料断裂，断裂对应的应力B即抗强度；断裂时的应变又称为断裂伸长率。直至断裂，整条曲线所包围的面积S相当于断裂功。结晶态聚合物拉伸时的应力-应变曲线，也同样经历了五个阶段，除了模量和屈服应力较大外，其主要特点是细颈化和冷拉。所谓细颈化是指试样在一处或几处薄弱环节首先变细，此后细颈部分逐渐缩短，直至整个试样变细为止。由于是在较低温度下出现的不均匀拉伸，所以又称为冷拉。将试样夹持在专用夹具上，对试样施加静态拉伸负荷，通过压力传感器、形变测量装置以及计算机处理，测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力—应变曲

4、线，计算出曲线上的特征点如试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力（拉伸强度）、试样断裂时的拉伸应力（拉伸断裂应力）、在拉伸应力－应变曲线上屈服点处的应力（拉伸屈服应力）和试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比（断裂伸长率，以百分数表示）。所涉及的相关计算公式：（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σtσt按式（1）计算：（1）式中σt—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—实验宽度，mm；d—试样厚度，mm。（2）断裂伸长率εtεt按式（2）计算：式中εt——断裂伸长率，％；G0——试

5、样原始标距，mm；G——试样断裂时标线间距离，mm。（3）模量：拉伸模量通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例按式（3）计算：E=σ/ε（3）各种不同类聚合物对应不同应力-应变曲线，主要有5种不同类型：软而弱、硬而脆、硬而强、软而韧、硬而韧。一般判断规则：硬与软从模量比较；强与弱从屈服应力比较；脆与韧则可从断裂伸长率或断裂功比较。实际聚合物材料通常只是典型应力-应变曲线的一部分或者变异，而且应力-应变试验所得的数据也与温度、湿度、拉伸速度有关。三、实验材料（1）实验原料：韧性材料（HDPE或PP或PBS）、脆性材料（PS或PLA）。（2）试样的制备方法：注塑成型。（3）试样的形状及尺寸：

6、Ⅰ型，如图1-1及表1-1所示。（2）实验拉伸速度的选择：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，按国家标准规定的拉伸试样类型选择相应的实验速度。四、实验仪器、用具及样条（1）实验机：微机控制10kN电子万能试验机，试样的状态调节和实验环境按GB2918规定进行。（2）游标卡尺（3）实验样条：韧性及脆性材料按照规定注塑成型，Ⅰ型试样。试样表面应平整，无气泡、裂纹、分层及机械加工损伤等缺陷。五、实验步骤（1）准备两组标准试样（韧性、脆性）。（2）测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确至0.01mm。（3）熟悉万能试验机的面板、指示灯、显示窗等，进行实

7、验参数设定。（4）夹持试样，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，以防止试样滑脱或断在夹具。（5）试验：点击负荷、变形等清零，点击开始试验，进行拉伸试验。（6）观察拉伸过程的变形特征，直到试样断裂为止，记录试验数据。若试样断裂在中间标距之外时，此试样作废。（7）分析数据。六、实验注意事项（1）实验前认真预习，集中精神听老师讲解，操作试验机时，认真细致，注意安全。（2）夹具安装时应注意上下垂直在同一平面上，防止实验过程中试样