蠕变及应力松弛试验
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高分子材料分析与性能测试
（二）塑料的蠕变试验
• 拉伸蠕变试验：对试样施加拉伸载 荷，测定试样在拉伸载荷作用下， 不同时间所产生的形变。
• 测试标准 GB 11546－1989
• 1．试验设备试验
• 加载荷系统：恒载荷和变载荷装臵
• 形变小的材料，采用恒载荷装臵； • 形变较大的材料，由于试样的横截 面积变化较大，因此其应力变化也 大，为了保持其应力恒定，应采用 变载荷的加载装臵。
• 随着时间的增长，杠杆逐渐失去了平衡，由于支点“ O ” 左侧的力矩变小，而使杠杆向右侧倾斜面落下，使触点 开关 3 落下后处于闭合状态。这时驱动马达 5 工作，驱 使可移动重锤 2 向力矩减小的方向移动，直至使载荷杆 4 重新达到平衡，触点开关 3 重新开启。
• 随着时间的延长，左侧力矩又继续变小，重复以上过程
• CD 段，称为黏性流变，这是由于分子链之间产生了相 对滑动引起的形变，这种形变是会随时间无限发展的， 并且是不可逆形变。 • DE 段，为永久形变，由于黏性流动的不可逆形变造成 的。
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高分子材料分析与性能测试
蠕变的结果表示
• 蠕变应力：试样在加载后单位横截面上所承受的力
• 蠕变应变：试样在承受外力后单位长度的形变 • 蠕变模量：把蠕变应力与蟠变应变之比 • 在规定的温度和湿度下，在规定的时间内导致试验达 到规定的形变（应变）或导致试样断裂的应力称为蠕 变极限强度，用σt来表示。 • 蠕变断裂时间：从加满载荷时起，直至试样断裂时所 经过的时间称为，用τ来表示。
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高分子材料分析与性能测试
二、应力松弛
• 在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现 象称为应力松弛。 • 物理松弛对温度不是十分敏感，与应变下分子网络 结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在 于分子链之间、填充粒子之间、分子链与填充粒子 之间的次价键的断裂有关； • 化学松弛对温度却十分敏感，与化学键的断裂有关， 断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链。
• 蠕变较小的高聚物类（玻璃态或结晶态热塑性塑料或 热固性塑料）
高分子材料分析与性能测试
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一、蠕变试验
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高分子材料分析与性能测试
蠕变曲线的4个阶段
• AB 段，称为普弹形变，这是分子链内键长与键角的改 变所引起的形变，这种形变是瞬时发生的，形变量很 小，弹性模量很大，是可逆形变。
• BC 段，称为高弹形变，这是由于分子链构象的改变而 引起的形变，这种形变需要一个松弛时间，形变量很 大，弹性模量很小，也是可逆形变，同时也进行着猫 性流动。
蠕变及应力松弛试验
• 一条已架设的硬聚氯乙烯管线，随着时间的增加它会 弯曲变形；一件经常挂在墙上的雨衣，由于它本身的 自重也会使它沿着悬挂方向变形。这些现象都认为是 材料的蠕变现象。 • 将一条橡皮拉伸到一定长度并使之固定起来，橡皮同 部会产生与所加外力大小相等方向相反的应力（弹 力），这种弹力会随着时间的延长而逐渐减小，慢慢 地松弛下来，这就是应力松弛。 • 蠕变现象是在恒定应力下形变随时间的发展过程； • 应力松弛是在恒定形变下应力随时间的衰减过程。 • 蠕变和应力松弛现象严重，意味着高聚物制品的尺寸 不稳定。
• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试样的应力松弛 情况。
• 千分卡，精度为± 1 ％。
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高分子材料分析与性能测试
2.试样
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高分子材料分析与性能测试
3．试验操作
• 测量试样的宽度和厚度，在试样上标明标距； • 夹持试样，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，要松 紧适宜，以免试样滑脱； • 试样在加载前应预加载，为了消除传动装置的间隙，应保持 预加载不影晌测量的精度，若所选择的温度和湿度还未到达 平衡时，不应进行预加载，进行预加载后再侧量标距； • 试样应连续加载，每组试验中，每个试样的试验过程应该相 同，并做记录，加载过程应在 1～5s 内完成； • 在进行蠕变应变测定时，预加载荷可不计人试验载荷； • 在进行蠕变极限强度测定时，试验载荷应包括预加载荷； • 使施加在试样上的力均匀地分布在试样上，夹具的移动速度 为（ 5 ± 1 ) mm / min ； • 在适当的时间间隔记录力值和相应的伸长。
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高分子材料分析与性能测试
应力松弛仪示意图
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 利用模量比试样的模量大得多的弹簧片，通过弹簧 片的形变来检测高聚物试样被拉伸时的应力松弛。 • 试样臵于恒温箱中，并且同弹簧片相连，当试样被 拉杆拉长时，弹簧片同时向下弯曲，试样拉伸应变 的大小由拉杆调节。 • 拉伸力为弹簧片的弹性力，通过差动变压器或应变 电阻测定弹簧片的形变量来确定。
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高分子材料分析与性能测试
（一）概念及原理
• 蠕变现象：在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒 定外力作用下，材Байду номын сангаас的形变随时间增加而逐渐增大的 现象。
• 外力可以是拉伸、压缩和剪切，相应的应变为伸长率、 压缩率和剪切应变，相应的现象称为拉伸蠕变、压缩 和剪切蠕变。 • 蠕变现象又可分为蠕变较大的高聚物类（交联或未交 联橡胶、热塑性弹性体等）
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高分子材料分析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位臵是固定的，由可移动重锤 2 的 位臵来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。 • 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位臵，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
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高分子材料分析与性能测试
平衡祛码装臵的滑轮机构加载荷型式
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高分子材料分析与性能测试
• 变形测量系统：在加载后，能随着加载时间的增加而 自动连续地侧定试样的形变。精度一般要求达到测定 形变的士 1 ％。 • 加热系统：温度和湿度的控制装臵，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装臵。 • 夹具：要求保证加载轴线与试样纵向轴线相重合，升 高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。 • 计时器，能自动计时系统。
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（二）塑料的蠕变试验
• 拉伸蠕变试验：对试样施加拉伸载 荷，测定试样在拉伸载荷作用下， 不同时间所产生的形变。
• 测试标准 GB 11546－1989
• 1．试验设备试验
• 加载荷系统：恒载荷和变载荷装臵
• 形变小的材料，采用恒载荷装臵； • 形变较大的材料，由于试样的横截 面积变化较大，因此其应力变化也 大，为了保持其应力恒定，应采用 变载荷的加载装臵。
• 随着时间的增长，杠杆逐渐失去了平衡，由于支点“ O ” 左侧的力矩变小，而使杠杆向右侧倾斜面落下，使触点 开关 3 落下后处于闭合状态。这时驱动马达 5 工作，驱 使可移动重锤 2 向力矩减小的方向移动，直至使载荷杆 4 重新达到平衡，触点开关 3 重新开启。
• 随着时间的延长，左侧力矩又继续变小，重复以上过程
• CD 段，称为黏性流变，这是由于分子链之间产生了相 对滑动引起的形变，这种形变是会随时间无限发展的， 并且是不可逆形变。 • DE 段，为永久形变，由于黏性流动的不可逆形变造成 的。
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高分子材料分析与性能测试
蠕变的结果表示
• 蠕变应力：试样在加载后单位横截面上所承受的力
• 蠕变应变：试样在承受外力后单位长度的形变 • 蠕变模量：把蠕变应力与蟠变应变之比 • 在规定的温度和湿度下，在规定的时间内导致试验达 到规定的形变（应变）或导致试样断裂的应力称为蠕 变极限强度，用σt来表示。 • 蠕变断裂时间：从加满载荷时起，直至试样断裂时所 经过的时间称为，用τ来表示。
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高分子材料分析与性能测试
二、应力松弛
• 在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现 象称为应力松弛。 • 物理松弛对温度不是十分敏感，与应变下分子网络 结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在 于分子链之间、填充粒子之间、分子链与填充粒子 之间的次价键的断裂有关； • 化学松弛对温度却十分敏感，与化学键的断裂有关， 断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链。
• 蠕变较小的高聚物类（玻璃态或结晶态热塑性塑料或 热固性塑料）
高分子材料分析与性能测试
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一、蠕变试验
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高分子材料分析与性能测试
蠕变曲线的4个阶段
• AB 段，称为普弹形变，这是分子链内键长与键角的改 变所引起的形变，这种形变是瞬时发生的，形变量很 小，弹性模量很大，是可逆形变。
• BC 段，称为高弹形变，这是由于分子链构象的改变而 引起的形变，这种形变需要一个松弛时间，形变量很 大，弹性模量很小，也是可逆形变，同时也进行着猫 性流动。
蠕变及应力松弛试验
• 一条已架设的硬聚氯乙烯管线，随着时间的增加它会 弯曲变形；一件经常挂在墙上的雨衣，由于它本身的 自重也会使它沿着悬挂方向变形。这些现象都认为是 材料的蠕变现象。 • 将一条橡皮拉伸到一定长度并使之固定起来，橡皮同 部会产生与所加外力大小相等方向相反的应力（弹 力），这种弹力会随着时间的延长而逐渐减小，慢慢 地松弛下来，这就是应力松弛。 • 蠕变现象是在恒定应力下形变随时间的发展过程； • 应力松弛是在恒定形变下应力随时间的衰减过程。 • 蠕变和应力松弛现象严重，意味着高聚物制品的尺寸 不稳定。
• 当试样发生应力松弛时，弹簧片逐渐回复原状，利 用差动变压器或应变电阻侧定弹簧片的回复形变， 然后换算成应力，即可测出高聚物试样的应力松弛 情况。
• 千分卡，精度为± 1 ％。
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高分子材料分析与性能测试
2.试样
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高分子材料分析与性能测试
3．试验操作
• 测量试样的宽度和厚度，在试样上标明标距； • 夹持试样，使试样纵轴与上、下夹具中心连线相重合，要松 紧适宜，以免试样滑脱； • 试样在加载前应预加载，为了消除传动装置的间隙，应保持 预加载不影晌测量的精度，若所选择的温度和湿度还未到达 平衡时，不应进行预加载，进行预加载后再侧量标距； • 试样应连续加载，每组试验中，每个试样的试验过程应该相 同，并做记录，加载过程应在 1～5s 内完成； • 在进行蠕变应变测定时，预加载荷可不计人试验载荷； • 在进行蠕变极限强度测定时，试验载荷应包括预加载荷； • 使施加在试样上的力均匀地分布在试样上，夹具的移动速度 为（ 5 ± 1 ) mm / min ； • 在适当的时间间隔记录力值和相应的伸长。
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高分子材料分析与性能测试
应力松弛仪示意图
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 利用模量比试样的模量大得多的弹簧片，通过弹簧 片的形变来检测高聚物试样被拉伸时的应力松弛。 • 试样臵于恒温箱中，并且同弹簧片相连，当试样被 拉杆拉长时，弹簧片同时向下弯曲，试样拉伸应变 的大小由拉杆调节。 • 拉伸力为弹簧片的弹性力，通过差动变压器或应变 电阻测定弹簧片的形变量来确定。
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高分子材料分析与性能测试
（一）概念及原理
• 蠕变现象：在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒 定外力作用下，材Байду номын сангаас的形变随时间增加而逐渐增大的 现象。
• 外力可以是拉伸、压缩和剪切，相应的应变为伸长率、 压缩率和剪切应变，相应的现象称为拉伸蠕变、压缩 和剪切蠕变。 • 蠕变现象又可分为蠕变较大的高聚物类（交联或未交 联橡胶、热塑性弹性体等）
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高分子材料分析与性能测试
杠杆式拉伸应力松弛仪
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高分子材料分析与性能测试
工作原理
• 平衡重锤 1 的重量和位臵是固定的，由可移动重锤 2 的 位臵来调节，通过载荷杆 4 加在试样上的负荷。 • 在初始时间 t0 时，快速施加一负荷，即可移动重锤 2 达 某一位臵，使试样产生一定的形变和初始的应力，且使 杠杆支点“ o ”两边的力矩相平衡，此时触点开关 3 为 开启状态。
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高分子材料分析与性能测试
平衡祛码装臵的滑轮机构加载荷型式
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高分子材料分析与性能测试
• 变形测量系统：在加载后，能随着加载时间的增加而 自动连续地侧定试样的形变。精度一般要求达到测定 形变的士 1 ％。 • 加热系统：温度和湿度的控制装臵，采用恒温恒湿箱。 能自动连续地记录箱内温度和湿度的装臵。 • 夹具：要求保证加载轴线与试样纵向轴线相重合，升 高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。 • 计时器，能自动计时系统。