高分子材料性能测试-力学性能
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3.1 拉伸性能
3.1.6 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。
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3.1 拉伸性能
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
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。
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3.1 拉伸性能
低碳钢 铝合金 铸铁 高分子材料 符合材料
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3.1 拉伸性能
3.1.7 高分子试样的制备和尺寸要求I ：I型试样及尺寸
图3-3 I型试样
表3-2 I I型试样尺寸要求
3.1 拉伸性能
3.1.2 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。
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3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子典型应力－应变曲线 I
(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。
3.1 拉伸性能
3.1.1 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
t1－拉伸强度； t2－拉伸断裂应力； t3－拉伸屈服应力； t4－偏置屈服应力； t1 －拉伸时的应变； t3 －断裂时的应变； t2 －屈服时的应变； t4 －偏置屈服时的应变
(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。
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3.1 拉伸性能
3.1.2 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 百度文库，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、 尼龙等
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3.1.3
性能 软而弱 硬而脆 硬而强 软而韧 硬而韧
3.1 拉伸性能
高分子材料的典型应力-应变特征
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
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3.1 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
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3.1 拉伸性能
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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。
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3.1 拉伸性能
电子万能试验机
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3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理
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。
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3.1 拉伸性能
3.1.7 II型试样及尺寸
图3-3 II型试样
表3-2 II II型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 试样的制备和尺寸要求III ：III型试样及尺寸
图3-3 III型试样
表3-2 III III型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 试样的制备和尺寸要求IV ：IV型试样及尺寸
图3-3 IV型试样
表3-2 IV IV型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 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
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
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Mechanical properties of materials
强度范畴
应
韧性范畴
力 刚度范畴
塑性范畴
应变
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t1
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 断裂前单位面积上所承受的最
大应力
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Mechanical properties of materials
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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。8
高分子材料力学性能测试
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3 高分子材料的力学性能
3.1 拉伸性能 3.2 弯曲性能 3.3 压缩性能 3.4 冲击性能 3.5 剪切性能 3.6 蠕变和应力相应 3.7 硬度 3.8 撕裂性能
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材料力学性能
The four types of stresses
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Mechanical properties of materials
3.1 拉伸性能
3.1.6 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。
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3.1 拉伸性能
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
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。
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3.1 拉伸性能
低碳钢 铝合金 铸铁 高分子材料 符合材料
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3.1 拉伸性能
3.1.7 高分子试样的制备和尺寸要求I ：I型试样及尺寸
图3-3 I型试样
表3-2 I I型试样尺寸要求
3.1 拉伸性能
3.1.2 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。
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3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子典型应力－应变曲线 I
(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。
3.1 拉伸性能
3.1.1 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
t1－拉伸强度； t2－拉伸断裂应力； t3－拉伸屈服应力； t4－偏置屈服应力； t1 －拉伸时的应变； t3 －断裂时的应变； t2 －屈服时的应变； t4 －偏置屈服时的应变
(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。
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3.1 拉伸性能
3.1.2 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 百度文库，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、 尼龙等
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3.1.3
性能 软而弱 硬而脆 硬而强 软而韧 硬而韧
3.1 拉伸性能
高分子材料的典型应力-应变特征
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
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3.1 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
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3.1 拉伸性能
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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。
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3.1 拉伸性能
电子万能试验机
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3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理
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。
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3.1 拉伸性能
3.1.7 II型试样及尺寸
图3-3 II型试样
表3-2 II II型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 试样的制备和尺寸要求III ：III型试样及尺寸
图3-3 III型试样
表3-2 III III型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 试样的制备和尺寸要求IV ：IV型试样及尺寸
图3-3 IV型试样
表3-2 IV IV型试样尺寸要求
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3.1 拉伸性能
3.1.7 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
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
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Mechanical properties of materials
强度范畴
应
韧性范畴
力 刚度范畴
塑性范畴
应变
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t1
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 断裂前单位面积上所承受的最
大应力
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Mechanical properties of materials
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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。8
高分子材料力学性能测试
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3 高分子材料的力学性能
3.1 拉伸性能 3.2 弯曲性能 3.3 压缩性能 3.4 冲击性能 3.5 剪切性能 3.6 蠕变和应力相应 3.7 硬度 3.8 撕裂性能
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材料力学性能
The four types of stresses
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Mechanical properties of materials