实验三 应力-应变曲线

实验三应力——应变曲线实验
一、实验目的
1．了解高聚物在室温下应力——应变曲线的特点。

并掌握测试方法。

2．了解加荷速度对实验的影响。

3．了解电子拉力实验机的使用。

二、实验意义及原理：
高聚物能得到广泛应用是因为它们具有机械强度。

应力————应变实验是用得最广泛得力学性能模量，它给塑料材料作为结构件使用提供工程设计得主要数据。

但是由于塑料受测量环境和条件的影响性能变化很大，因此必须考虑在广泛的温度和速度范围内进行实验。

抗张强度通常以塑料试样受拉伸应力直至发生断裂时说承受的最大应力（cm）来测量。

影响抗张强度的因素除材料的结构和试样的形状外，测定时所用的温度、湿度和拉力速度也是十分重要的因素。

为了比较各种材料的强度，一般拉伸实验是在规定的实验温度、湿度和拉伸速度下，对标准试样两端沿其纵轴方向实加均匀的速度拉伸，并使破坏，测出每一瞬间时说加拉伸载荷的大小与对应的试样标线的伸长，即可得到每一瞬间拉伸负荷与伸长值（形变值），并绘制除负荷————形变曲线。

如6－1所示：
试样上所受负荷量的大小是由电子拉力机的传感器测得的。

试样性变量是由夹在试样标线上的引申仪来测得的。

负荷和形变量均以电信号输送到记录仪内自动绘制出负荷——应变曲线。

有了负荷——形变曲线后，将坐标变换，即所得到应力——应变曲线。

如6－2所示：
应力：单位面积上所受的应力，用σ表示：
2P
KG/cm )S
σ＝（
P ——拉伸实验期间某瞬间时施加的负荷 S ——试件标线间初始截面积
应变：拉伸应力作用下相应的伸长率。

用Σ表示，以标距为基础，标距试样间的距离（拉伸前引伸仪两夹点之间距离）。

000
L
*100*100L L L L -∆=
∑
％＝％ L0——拉伸前试样的标距长度
L ——实验期间某瞬间标距的长度
ΔL ——实验期间任意时间内标距的增量即形变量。

除用引申仪测量外还可以用拉伸速度V1记录纸速度V2和记录纸位移Δl 测量，并求得Σ。

0112L L L V *t V *1/V ∆∆＝－＝＝
若塑料材料为脆性：则在a 点或Y 点就会断裂，所以应是具有硬而脆塑料的应力——应变曲线。

此图是具有硬而韧的塑料的应力——应变曲线，由图可见，在开始拉伸时，应力与应变成直线关系即满足胡克定律，如果去掉外力试样能恢复原状，称为弹性形变。

一般认为这段形变是由于大分子链键角的改变和原子间距的改变的结果。

对应a 点的应力为该直线上的最大应力（σa ），称为为弹性模量用Ε表示：
Ε＝Δσ/Δε＝tga
Δσ——曲线线性部分某应力的增量
Δε——与Δσ对应的形变增量
对于软而脆的塑料曲线右移直线斜率小，弹性模量小。

Y 点称为屈服点，对应点的应力为屈服极限，定义为在应力——应变曲线上第一次出现增量而应力不增加时的应力。

当伸长到Y 点时，应力第一次出现最大值即σ称为屈服极限或
屈服应力，此后略有降低，在Y点以后再去掉外力试样便不能恢复原状就产生了塑性变形。

一般认为塑料变形包括分子链相互的滑移和分子链段段的取向结晶，对常温下处于玻璃态的塑料的不可逆变形。

伸长率称为屈服伸长率。

B点为断裂点，b点的应力为断裂应力或极限强度，它随材料结构不同，在拉伸过程中有无取向结晶形成。

它可能高于屈服点，也可能低于屈服点。

因此计算材料的抗张强度时应该是应力——应变曲线上最大的应力点㎝。

伸长率ε称为断裂伸长率或极限伸长率。

三、实验仪器
采用RGT-10型微电子拉力机。

最大测量负荷10KN，速度0.01l～500mm／min，试验类型有拉伸、压缩、弯曲等。

图3-3 5种类型聚合物的应力-应变曲线
(a)软而弱，(b)硬而脆(c)硬而强，(d)软而韧，(e)硬而韧
四、试样制备
拉伸实验中所用的试样依据不同材料可按国家标准GB 1040—70加工成不同形状和尺寸。

本实验采用哑铃型样条如下图：
每组试样应不少于5个。

试验前，需对试样的外观进行检查，试样应表面平整，无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。

另外，为了减小环境对试样性能的影响，应在测试前将试样在测试环境中放置一定时间，使试样与测试环境达到平衡。

一般试样越厚，放置时间应越长，具体按国家标准规定。

取合格的试样进行编号，在试样中部量出10cm为有效段，做好记号。

在有效段均匀取3点，测量试样的宽度和厚度，取算术平均值。

对于压制、压注、层压板及其他板材测量精确到0.05mm；软片测量精确到0.01mm；薄膜测量精确到0.001mm。

五、试验步骤
1．接通试验机电源，预热15min。

2．打开电脑,进入应用程序。

３.选择试验方式(拉伸方式)，将相应的参数按对话框要求输入，注意拉伸速度，(拉伸速度应为使试样能在0.5—5min试验时间内断裂的最低速度。

本实验试样为PET薄膜，可采
用100mm/mm的速度)。

４.按上、下键将上下夹具的距离调整到l0cm。

并调整自动定位螺丝。

将距离固定。

记录试样的初始标线间的有效距离。

５．将样品在上下夹具上夹牢。

夹试样时，应使试样的中心线与上下夹具中心线一致。

６．在电脑的本程序界面上将载荷和位移同时清零后，按开始按钮，此时电脑自动画出载荷-变形曲线。

７.试样断裂时，拉伸自动停止。

记录试样断裂时标线间的有效距离
８.重复３～７操作。

测量下一个试样。

９. 测量实验结束，由“文件”菜单下点击“输出报告”，在出现的对话框中选择“输出到EXCEL”。

然后保存该报告。

六、数据处理
1．断裂强度σt的计算：σt＝［P/(bd)］×104(Pa)
式中Ｐ—最大载荷(由打印报告读出)，Ｎ；
b—试样宽度，cm
d—试样厚度,cm
2. 断裂伸长率εt计算：εt=［（Ｌ－Ｌ０）/Ｌ０］×100%
式中Ｌ０—试样的初始标线间的有效距离。

L一试样断裂时标线间的有效距离。

把测定所得各值列入下表，计算，算出平均值，并和电脑计算的结果进行比较。

平均σt= 打印报告中平均σt′= 二者偏差率＝︱σt－σt′︳×100%=
平均εt= 打印报告中平均εt′＝二者偏差率＝︱εt－εt′︳×100%=
注意事项：
①为了仪器的安全，测试前应根据自己试样的长短，设置动横梁上下移动的极限；
②夹具安装应注意上下垂直在同一平面上，防止实验过程中试样性能受到额外剪切力
的影响；
③对于拉伸伸长很小的试样，可安装微形变测量仪测量伸长。

七、思考题
１.如何根据聚合物材料的应力—应变曲线来判断材料的性能?
２.在拉伸实验中，如何测定模量?。