高分子材料拉伸性能实验

高分子材料拉伸性能实验

1. 实验目的

了解高分子材料的拉伸强度、模量及断裂伸长率的意义和测试方法，通过应力－应变曲线，判断不同高分子材料的性能特征。

2. 实验原理

拉伸强度是用规定的实验温度、湿度和作用力速度，在试样的两端以拉力将试样拉至断裂时所需的负荷力，同时可得到断裂伸长率和拉伸弹性模量。

将试样夹持在专用夹具上，对试样施加静态拉伸负荷，通过压力传感器、形变测量装置以及计算机处理，测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力－应变曲线，计算出曲线上的特征点如试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力（拉伸强度）、试样断裂时的拉伸应力（拉伸断裂应力）、在拉伸应力－应变曲线上屈服点处的应力（拉伸屈服应力）和试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比（断裂伸长率，以百分数表示）。

3. 实验材料

实验原料：GPPS、PP、PC。

（1）拉伸样条：哑铃型样条，测试标准：ASTM D638。样条如下：

符号名称尺寸/mm 公差/mm 符号名称尺寸

/mm 公差/mm

4. 实验设备

万能材料实验机及夹具

5. 实验条件

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。

表 2 拉伸试样类型以及相应的实验速度

①Ⅲ试样仅用来测试拉伸强度

实验速度为以下九种：

A: 1mm/min ±50% B: 2mm/min ±20% C: 5mm/min ±20%

D: 10mm/min ±20% E: 20mm/min ±10% F: 50mm/min ±10%

G: 100mm/min ±10% H: 200mm/min ±10% I: 500mm/min ±10%

6.实验步骤

（1）实验环境：温度23℃，相对湿度50％，气压86～106KPa。

（2）测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确到0.01mm，每个试样测量三点，取算术平均值。

（3）在试样中间平行的部分作标线示明标距，此标线对测试结果不应有影响。 （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连线相重合，并且要松劲适宜，以防止试样滑脱或断在夹具内。

（5）选定实验速度，进行实验。并记录屈服时的负荷，或断裂负荷及标距间伸长，若试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另选取试样补做。

7. 实验结果与数据处理

（1） 拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏离屈服应力σt 按式（1）进行计算： bd

p

t =

σ （1） 式中σt —抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏离屈服应力，MPa ； p ——最大负荷或断裂负荷或屈服负荷或偏离屈服负荷，N ； b ——试样宽度,mm; d ——试样厚度，mm

（2）模量：拉伸模量（即杨氏模量）通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例计算：

E ＝

//l l bd

P ∆∆ （2）

(3) 断裂伸长率εt 按式（3）计算： %1000

⨯-=

G G G t ε （3）式中εt —断裂伸长率，％； G 0—试样原始标距，mm ；G —试样断裂时标线间距，mm 。

8. 思考题

① 分析试样断裂在线外的原因。

② 如何用据应力—应变曲线来判断材料的适应性能？首先是屈服极限，这个

表明材料承受最大载荷的能力，就是σs ，越高越好。还有就是延伸率，延伸率高的材料可以承受更大的塑性变形。应力应变曲线在屈服点以后的曲线如果是随应变增大而升高，则表明是应变可强化材料。一般钢材 的强化效果不明显，铝合金的属于应变强化材料。有些材料属于脆性材料，当拉伸超过屈服点后很快就断裂，比如陶瓷和部分钢铁。

③ 拉伸速度对测试结果有和影响？

1.抗拉强度：抗拉强度随着试验速度的上升，抗拉强度增大，但到达一定阶段后趋于稳定

2.屈服强度：试验速度较慢时，屈服强度与抗拉强度相差比较大；试验速度愈快，屈服强度与

抗拉强度的差值逐渐减少。 3.断后延伸率：拉伸速度的提高使断后延伸率下降，到一定阶段后断后伸长率下降趋于缓慢。(另外塑性大的抗拉强度和断后伸长率对拉伸速度的敏感性大，而塑性小的抗拉强度和断后伸长率对拉伸速度敏感性则相对较小。一般情况拉伸速度的变化对试验结果的影响如上，但对于塑料材料，它属于粘弹性材料，它的应力松弛过程与变形速度紧密相连。当拉伸速度减小时，拉伸强度减小，断裂伸长率增大；拉伸速度增大时，塑料呈现脆性，拉伸强度增大，断裂伸长率减小简支梁冲击试验机