电子拉力机测定聚合物的拉伸应力应变曲线

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。
屈
聚合物在温度小于Tg(非晶态) 下拉伸时，典型的应力-应变曲线(冷拉曲线)如下图
曲线分以下几个部分： OA：应力与应变基本成正比(虎克弹性)。--弹性形变 屈服点B：应力极大值的转折点，即为屈服应力(sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应 力。--屈服成颈 BC：出现屈服点之后，应力下降阶段，--应变软化 CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长。--发展大形变 DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度( sb )，相应 的应变称为断裂伸长率(eb)。--应变硬化 通常把屈服后产生的形变称为屈服形变，该形变在断裂前移去外力，无法复原。但如果 将试样温度升到其Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘 流形变，是由高分子的链段运动所引起的。
(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。
(c)材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。 (d) 材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形 变较大的材料。
(e)材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。 (f)材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。 注意：材料的强与弱从b比较；硬与软从E( /e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率 比较。
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。
• 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。
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。
• 4、计算结果以算术平均值表示， t 取三位有效数值， t 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?
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
根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将应力-应变曲线大致分为六类： (a)材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断 裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。
(b)材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具 高模量和抗张强度。
t1－拉伸强度； －t1 拉伸时的应变； t－2 拉伸断裂应力； t－2 断裂时的应
变； t 3－拉伸屈服应力； t －3 屈服时
的应变； t 4－偏置屈服应力； t 4－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t (1-1)计算：
t
GG0 G0
100%
（1-2）
式中 t ——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：
S = (Xi X)2
n1
（1-3）
式中 S ——标准偏差值，
X i ——单个测定值，
X ——一组测定值的算数平均值：
n ——一测定个数．
t
P bd
（1-1）
式中 ——抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服
应力 或t 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 t
t 按式(1-2)计算：
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、设备实验设源自为CMT微机控制电子万能试验机实验步骤
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。
图2-2 II型试样 表1-2 II型试样尺寸
③ III型试样形状及尺寸分别见图2-3和表1-3。
图2-3 III型试样 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。
图2-4 IV型试样 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。
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。
• 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
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 。