高分子材料塑料拉伸强度性能实验实验指导书

塑料拉伸强度性能实验

一、实验目的

1、了解热塑性塑料注射成型工艺性能，了解注射成型工艺对塑料制品性能的影响。

2、测定两种塑料的屈服应力σy、拉伸强度σE、断裂延伸率ε断，并绘制拉伸过程应

力-应变曲线；比较不同材料的性能。

3、观察结晶性聚合物的拉伸特征。

4、掌握聚合物的静载拉伸实验方法。

二、实验内容和要求

（一）实验原理

1、应力-应变曲线

本实验是在规定的实验温度、湿度及不同的拉伸速度下，于式样上沿纵轴方向施加静态拉伸载荷，以测定塑料的力学性能。拉伸样条的形状如下图。

拉伸实验是最常见的一种力学实验，由实验测定的应力-应变曲线，可以得出

评价材料性能的屈服强度（σ

屈），断裂强度（σ

断

），断裂延伸率（ε

断

）等表征参

数，不同聚合物、不同测定条件，测得的应力应变曲线是不同的。

结晶性聚合物的应力-应变曲线分为三个区域，如下图所示：

（1）OA段：曲线的起始部分，近乎是条曲线，试样被均匀拉长，应变很小，而应力增加很快，呈普弹形变，是由于分子的键长、键角以及原子间距离的改变所引起的，

其变形是可逆的，应力和应变之间服从虎克定律，即：

σ=Eε

式中：σ——应力，MPa；ε——应变，%； E——弹性模量，MPa。

A为屈服点，A点对应的应力叫屈服应力（σ

屈

）或屈服强度

（2） BC段：到达屈服点A后，试样突然在某处出现一个或几个“细颈”现象，出现

细颈部分的本质是分子在该处发生了取向的结晶，该处强度增大，故拉伸时细颈不会变细拉断，而是向两端扩展，直至整个试样完全变细为止，此阶段应力几乎不变，而变形却增加很多。

（3）CD段：被均匀拉细后的试样，再度变细即分子进一步取向，应力随应变的增加而增大，直至断裂点D，试样被拉断，对应于D点的应力称为强度极限，是工程上最

重要指标，即抗拉伸强度或断裂强度σ

E

，其计算公式如下：

σ

断

= P/(b×d)（PMa）

式中：P——最大破坏载荷，N； b——试样宽度，mm； d——试样厚度，mm。

断裂点D可能高于或低于屈服点A

断裂延伸率ε

断是材料在断裂时相对伸长，ε

断

按下式计算：

ε

断

=（L-Lo）/Lo×100%

式中：Lo——试样标线间距离，mm；L——试样断裂时标线间距离，mm。

1、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶段

（1）屈服前区

曲线的起始部分近乎是条直线，试样被均匀拉长，应变很小，应力增加很快，呈普弹形态，服从虎克定律σ=Eε，应力随应变增加而上升，这是因为外力使键长、键角以及原子间距离改变而使大分子间存在的大量物理交联发生形变所致，当外力解除后，这个形变可以立即回复。

（2）屈服区

继续拉伸，曲线开始变弯，出现转折点为屈服点，这时材料进入了强迫高弹态形变阶段，外力使大分子链间原有交联点遭到破坏。

（3）延伸区

材料屈服后，再被拉伸，从曲线上可以看出应力基本不变，而形变很大，这是由于在外力作用下，强迫大分子链运动，分子重新构象，而且运动的范围可以很大，大分子链沿外力作用方向可能被拉直。

（4）增强区

随着拉伸过程的进行，取向拉直的大分子链之间断裂的物理交联点逐步增加，若使材料再伸长，只有更大的力才能使分子之间产生滑移，致使形变应力重新增加，曲线急转而上，直至材料断裂。

2、影响高聚物机械强度的因素

（1）大分子链的主价链，分子间力以及高分子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主要内在因素。

（2）在加工过程中所留下来的各种痕迹如成型制品表层及内部冷却速度不一致，表面先凝固，内部仍处于高热状态，产生一种阻止表面形成完表皮结构的内应力，使得外表皮上出现许多龟裂，整个物体冷却后，这些龟裂以裂缝、结构不均匀的细致、凹陷、真空泡等形式留在制品表面或内层。此外，由于混料及塑化不均，以及引进微小气泡或各种杂质，这些隐患均成为制品强度的薄弱环节。

（3）环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的影响，塑料是属于高弹态材料，它的力学松弛过程对拉伸速度和环境温度非常敏感。升高温度使分子链段的热运动加剧，松弛过程进行得较快，拉伸时表现较大的形变和较低的强度；拉伸速度低时，由于速度慢，外力作用持续时间长，分子链来得及取向位移，进行重排，所以，试样表现出较大的形变和较低的强度，因此，降低拉伸速度和增加实验温度的结果是等效的。

（二）实验内容

（1）用标准试样注射成型模具在注射机上分别加工PP、ABS两种材料各三至五组试样。

（2）用20mm/min,50mm/min两种拉伸速度分别拉伸测试上述两种材料试样的拉伸曲线。

（3）分别计算上述两种材料的屈服强度、拉伸强度、延伸率。

三、实验主要仪器设备和材料

（1）EJ—1000拉力试验机；

（2）XS-Z-30型塑料注射成型机；

（3）标准试样注射成型模具；

（4）游标尺等其他辅助工具。

四、实验方法、步骤及结果测试

1、加工试样（注射成型工艺实验）

（1）把标准试样注射成型模具安装到注射机上，在老师指导下调整好锁模力；

（2）调整注射机料筒前段加热温度为230℃，后段温度为180℃；

打开料筒加热开关加热料筒；

（3）启动注射机油泵开关，打开压力表，按住注射模拟开关，调整注射压力为3.0MPa；同理按相同程序调整保压压力2.8MPa；

（4）调整注射时间3S、保压时间5S、冷却时间20S；

（5）料筒加热显示达到加热温度后15分钟，可启动注射机加工试样；

（6）试样加工后切除水口料，待其冷却至室温后可进行拉伸实验。

2、拉伸实验

（1）调整拉伸机的拉伸速度为20m/min（50mm/min）;把重锤B安装到杠杆上；

（2）把试样安装到拉伸试验机的夹具上，调整试样的长度读数，并把拉力读数盘的读数调整为零，把绘图仪的纸笔安装好；

（3）开启试验机测定拉伸应力-应变曲线；

（4）记录实验过程的屈服拉力、断裂拉力及拉伸增长量；

（5）重复上述步骤，把两种材料三组（或五组）试样全部作完。