实验十二 聚合物拉伸性能测试

实验十二聚合物拉伸性能测试

一、实验目的

（1）熟悉电子力学试验机的原理及使用方法；

（2）绘制聚合物的应力-应变曲线，测定其拉伸强度、断裂强度和断裂伸长率。

二、实验原理

拉伸性能是聚合物力学性能中最重要、最基本的性能之一。拉伸性能的好坏，可以通过拉伸试验来检验。

拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和速度条件下，对标准试样盐纵轴方向施加静态拉伸负荷，直至试样被拉断为止。用于聚合物应力—应变曲线测定的电子拉力机是将试样上施加的载荷、形变通过压力传感器和形变测量装置转变成电信号记录下来，经计算机处理后，测绘处试样在拉伸形变过程中的应力-应变曲线。从应力-应变曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值：如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。通过拉伸试验提供的数据，可对高分子材料的拉伸性能做出评价，从而为质量控制，研究、开发与工程设计及其他项目提供参考。

应力-应变曲线一般分为两个部分：弹性变形区和塑性变形区。在弹性变形区，材料发生可完全恢复的弹性变形，应力与应变呈线性关系，符合胡克定律。在塑性变形区，形变是不可逆的塑性形变，应力和应变增加不再呈正比关系，最后出现断裂。图12-1为典型的聚合物拉伸应力-应变曲线。

图12-1 典型的聚合物拉伸应力—应变曲线

不同的高聚物材料、不同的测定条件，分别呈现不同的应力-应变行为。根据应力-应变曲线的形状，目前可大致归纳为五种类型，如图12-2所示。

（1）软而韧拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。

（2）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。

（3）硬而强拉伸强度和弹性模量较大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。

（4）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。

（5）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。

图12-2 聚合物的拉伸应力—应变曲线

三、实验仪器设备和样品

1. 仪器

（1）拉力试验机任何满足实验要求的、具有多种拉伸速率的拉力试验机均可使用。本次采用深圳新三思CMT-5504型万能力学试验机，基本结构如图12-3所示。

（2）游标卡尺。

图12-3 微机控制电子拉力试验机

2. 试样

本次试验材料为聚丙烯（PP），每组试样不少于5个，试样要求表面平整、无气泡、裂纹、分层等缺陷。

四、实验步骤

1. 开机：试验机—计算机。

2. 进入实验软件，选择好联机方向，选择正确的通讯口，选择对应的传感器和引伸计后联机；

3. 检查夹具，根据实际情况（主要是试样的长度及夹具的间距）设置好限位装置；在试验软件内选择相应的实验方案，进入试验窗口，输入“用户参数”；

4. 夹持试样。夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心线相重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱或断在夹具内；

5. 将“最大力”和“位移”清零，然后点击“运行”，开始自动实验；

6. 试样拉断后，打开夹具，取出试样

7. 重复步骤3~6，进行其余样条的测试。若试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做；

8. 试验结束后，关闭试验机和电脑，关掉电源。

五、数据处理

（1）拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力（MPa ）

= t p bd

式中 p ——最大负荷或断裂负荷或屈服负荷，N ；

b ——试样工作部分宽度，mm ；

d ——试样工作部分厚度，mm 。

（2）断裂伸长率εt （%）：

00

-ε= t L L L 式中 L ——试样拉伸至断裂时的长度，mm ；

L 0——试样原始标距，mm 。

计算结果以算数平均值表示，σt 取三位有效数字，εt 取两位有效数字。

六、注意事项

微机控制电子拉力机属于精密设备，在操作过程中，务必遵守操作规程，精力集中，认真负责。

（1）每次设备开机后预热10min ，待系统稳定后，才可以进行试验。任何时候都不能带电电源线和信号线，否则很容易损坏电气控制部分。

（2）实验开始前，一定要调整好限位挡圈，以免操作失误损坏传感器。

（3）试验过程中，不能远离试验机。

（4）实验过程中，除停止键和急停开关外，不要按控制盒上的其他按键，否则会影响试验。

（5）试验结束后，一定要关闭所有电源。

七、思考题

影响聚合物拉伸强度的主要因素有哪些？请简要分析。