高分子材料性能测试方法

刚度(Stiffness)：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。
弹性模量：E＝σ/ε
强度(Strength)：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破 坏的最大能力。
屈服强度：表示材料发生明显塑性变形的抗力 Ps或σ
抗拉强度：σb=Pb/F0 大应力 断裂前单位面积上所承受的最
Mechanical properties of materials
六
高分子性能测试
高分子力学性能
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 拉伸性能 弯曲性能 压缩性能 冲击性能 剪切性能 蠕变和应力相应 硬度 撕裂性能
材料力学性能
The four types of stresses
Mechanical properties of materials
3. 测量方法即实验步骤 ①试样的状态调节和试验环境按国家标准规定。 ②在试样中间平行部分做标线，示明标距。 ③测量试样中间平行部分的厚度和宽度，精确到 0.01mm，II型试样中间平行部分的宽度，精确 到0.05mm，测3点，取算术平均值。 ④夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中 心连线重合，且松紧适宜。 ⑤选定试验速度，进行试验。 ⑥记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。 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。

(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。
高分子典型应力－应变曲线 III

(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
高分子材料的典型应力-应变特征
性能 软而弱 硬而脆 硬而强 软而韧 硬而韧
t4
t2
高分子应力-应变过程
E越大，说明材料越硬，相反则 越软； σb或σy越大，说材料越强，相反 则越弱； εb或S越大，说明材料越韧，相 反则越脆。
• 弹性形变: （开始-Y）应力随应变正比地增加，直线斜率=杨氏模量E。由高分 子的键长键角变化引起的。 • 屈服应力： 应力在Y点达到极大值，这一点叫屈服点，其应力σy为屈服应力。 • 强迫高弹形变（大形变） 过了Y点应力反而降低，由于此时在大的外力帮助 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。这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样，只不过是在外力作用下发 生的，为了与普通的高弹形变相区别，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热 可以恢复。 • 应变硬化 继续拉伸时，由于分子链取向排列，使硬度提高，从而需要更大的 力才能形变。 • 断裂 达到B点时材料断裂，断裂时的应力σb即是抗张强度σt；断裂时的应变 εb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。
塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆的永 久性变形而不破坏的能力。
韧性(Ductility)：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收 能量的能力。 断裂韧性：KIC
Mechanical properties of materials
强度范畴
应
刚度范畴
韧性范畴 塑性范畴
力
应
变
6.1 拉伸性能
一、定义



拉伸强度：在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉 伸应力。 拉伸应力：试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的 拉伸负荷。 拉伸断裂应力：σｔ－εｔ曲线上断裂时的应力。 拉伸屈服应力：σｔ－εｔ曲线上屈服点处的应力。 断裂伸长率：试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之 比。 弹性模量：比例极限内，材料所受应力与产生的相应应变之比。 屈服点：σｔ－εｔ曲线上σｔ不随εｔ增加的初始点。 应变：材料在应力作用下，产生的尺寸变化与原始尺寸之比。
拉伸性能
低碳钢 铝合金 铸 铁 高分子材料 符合材料
2. 高分子试样的制备和尺寸要求I ：I型试样及尺寸
图 I型试样
表6-2 II II型试样尺寸要求
2.II型试样及尺寸
图 II型试样
表6-2 I I型试样尺寸要求
2. 试样的制备和尺寸要求III ：III型试样及尺寸
图 III型试样
表6-2 III III型试样尺寸要求
模量 低 高 高 低 高
屈服应力 低 无 高 低 高
拉伸强度 低 中等 高 中等 高
断裂伸长 中等 低 中等 高 高
高分子材料的典型应力-应变特征
常用高分子材料的应力-应变曲线
应力 纤维 硬塑料 软塑料 橡胶 应变
6.1 拉伸性能
三、 拉伸性能测试原理及试样
参照标准——国标GB/T 1040-92 1.原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉 伸负荷，使其破坏，通过测量试样的屈服力、破 坏力和试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度 拉伸强度和伸长率。
硬质热塑性塑料板 热固性塑料板含层压板
软质热塑性塑料及板 热固性塑料(含填充、增 强塑料） 热固性塑料板
A B C D E F G
F G H I C B C D
A:1±50%，B:2±20%，C:5±20%，D:10±20%，E:20±10%， F:50±10%，G:100±10%，H:200±10%，I:500±10%。
高分子典型应力－应变曲线 I
(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。
高分子典型应力－应变曲线

(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。
t1
二、应力-应变曲线
应力－应变曲线： 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 －拉伸强度； t1－拉伸断裂应力； t 2－拉伸屈服应力； t 3－偏置屈服应力； t 4－拉伸时的应变； t1 －断裂时的应变； t 3 －屈服பைடு நூலகம்的应变； －偏置屈服时的应变
2. 试样的制备和尺寸要求IV ：IV型试样及尺寸
图 IV型试样
表6-2 IV IV型试样尺寸要求
2. 试样的制备和尺寸要求V ：塑料材料选择试样类型测
试速度参考
试样材料 硬质热塑性塑 热塑性增强塑料 类型 试样制备方法 注塑 模压 Ⅰ 机械加工 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 注塑、模压 板材机械加工 和冲切加工 注塑 模压 机械加工 2 2 最佳厚度mm 4 试验速度 B C D E F