聚合物应力-应变曲线的测定

1. 实验目的

1）熟悉聚合物材料拉伸性能的标准条件，测试原理和操作.

2）确定聚丙烯等材料的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率聚合物拉伸性能测试，并了解应力-应变曲线的含义.

3）掌握聚合物的静态拉伸试验方法.

2. 实验原理

聚合物材料的机械性能通常由在恒力作用下获得的应力-应变曲线描述. 当材料受到外力作用时，几何形状和尺寸会发生变化，这种变化称为应变. 材料每单位面积的附加内力称为应力. 不同类型的聚合物具有不同的应力-应变曲线.

在恒定速度条件下，非晶态聚合物的典型应力-应变曲线如图1-18-1所示.

1）点A被称为“弹性极限点”，εA是弹性极限应变，σA是弹性极限应力.

2）点Y称为“屈服点”，σY为屈服应力，εY为屈服伸长率.

3）点B称为“断裂点”，σB为断裂强度，εB为断裂伸长率.

4）整个应力-应变曲线下的面积是样品的断裂能.

从应力-应变曲线可以看出，当非晶态聚合物以一定速率单轴拉伸时，典型曲线可分为五个阶段:

①弹性变形区: 杨氏模量可以从直线的斜率获得. 从分子机理的观点来看，该阶段的总体弹性是由聚合物的键长，键角和小的移动单元的变化引起的. 除去外力后，这部分变形将完全恢复.

②屈服点（也称为应变软化点）: 超过该点聚合物拉伸性能测试，冷冻链段开始运动；材料屈服，并且试样的截面显示为“颈状”；之后，随着应变的增加，应力不再增加. 相反，应力下降了，应变变软了.

③强制的高弹性变形区（冷拔阶段）: 随着拉伸的继续，细颈沿着样品扩展，直到整个样品变成细颈，并且材料大大变形. 强制的高弹性变形与链段的运动即高弹性变形基本相同，但是它是在外力作用下发生的. 此时停止拉伸. 除去外力后，变形无法恢复，但是当样品加热到接近Tg的温度时，变形可以缓慢恢复.

④应变硬化区: 在应力的连续作用下，许多链段开始沿外力方向运动和取向，从而引起材料的大变形. 链段的运动和取向最终导致分子链的取向和排列，从而增强了强度. 因此，只有进一步增加应力才能使应变进一步发展，从而使应力再次升高，从而使应变硬化.

⑤断裂: 样品均匀变形，最终应力超过材料的断裂强度，样品断裂.

3. 仪器和样品

（1）仪器

WDW50电子万能测试机.

（2）样本

样品的形状如图1-18-2所示.

记录样品的原始标距长度L0，用测厚仪测量实际厚度，测量3点，并将3点的中值作为样品的厚度值.

4. 实验步骤

1）打开仪器的电源并预热15-20分钟.

2）测试. 选择测试速度. 将哑铃状样品均匀地夹在上下支架上，以使拉力均匀地分布在横截面上. 启动测试机，进行测试并记录.

3）根据实验载荷和样本量计算出相应的应力值，并绘制应变图以获得应力-应变曲线.

4）计算抗拉强度. 拉应力，断裂伸长率，断裂永久变形.

5. 数据记录和结果分析

填写表1-18-1中的实验数据.

6. 注意事项

将样本夹在支架上时，必须将其夹住以防止样本在拉伸过程中分离.

[关键词]聚合物应力应变曲线的测量

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