测定聚合物的拉伸强度和断裂伸长率

实验4聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定1.实验目的（1）熟悉聚合物材料拉伸性能测试的标准条件和原理. （2）掌握确定聚合物拉伸强度和断裂伸长率的方法. （3）研究拉伸速度对聚合物力学性能的影响. 2.实验原理拉伸试验是在规定的试验温度，试验速度和湿度条件下，沿标准试样的纵轴施加拉伸载荷，直至试样断裂. 基本公式: 00LLL（2-13）0AF（2-14））（000LLAFLE（2-15）在公式中，伸长率是应变；是应力； L是样品在某一时刻的伸长率；是初始长度；是初始横截面积； 0 L0 AF是拉伸力； E是拉伸模量；可以通过应力应变来分析聚合物的拉伸性能曲线，典型的聚合物拉伸应力-应变曲线如图2-28（左）所示，在应力-应变曲线上，屈服点分为两个区域，在屈服点之前是弹性区域，即，消除应力后的材料能量大部分区域恢复到其原始形状并符合胡克定律，屈服点为塑性区后，即该材料经历了永久变形，不再恢复其原始状态根据拉伸过程中屈服点的性能，伸长量和断裂条件d应力-应变曲线大致可分为图2-28（右）所示的五种类型: ①软弱；②软弱. ②硬而脆； ③坚强； ④柔软结实； ⑤坚韧而坚韧.

图2-28五个典型聚合物1软和弱的拉伸应力-应变曲线; 2硬而脆； 3坚强; 4，软而结实； 5坚韧. 在不同的应变率下测量聚乙烯的应力-应变曲线. 将已知长度和横截面积的样品夹在两个夹具之间，并以恒定速度拉伸使其断裂，然后测量应力随伸长率的变化. 分析在不同应变率下测得的数据聚合物拉伸性能测试，以了解材料的强度，韧性和最终性能. 可以使用合适的样品架或可以对其进行固定的聚合物进行该实验. 均匀样品的重复性可以优于±5％. 但是，由于各种样品的制备和实验操作中不可避免的可变因素，可重复性比该值差. 3.实验设备和材料（1）仪器和设备通用电子拉伸机（日本岛津制作所AG-lOKNA），游标卡尺，直尺. 通用电子拉力机主要测试体的如图2-29所示. 图2-29通用电子拉力试验机1-传感器的主要结构； 2主框架三光束控制器； 4治; 5束6记录器7控制台开关； 8控制面板; 9个显示屏（2）实验材料聚丙烯（PP），聚苯乙烯（PS）. 4.实验程序（1）样品制备使用横向压力或薄片或板切割方法预先制备标准拉伸样品（请参阅ASTM标准D 638）.

每个选定的应变率应有5个样本. 拉伸试样有4种类型: I型试样（双铲型），见图2-30，II型试样（哑铃型），见图2-31，III型试样（8形）（见图）图2-32，IV型试样（长条型），见图2-33. 图2-30 I型样品图2-31 II型样品图2-32 III型样品图2-33 IV型样品不同类型的样品具有不同的尺寸公差，有关详细信息，请参见表2-7. 表2-8，表2-9和表2-10表2-7 I型试样的公差尺寸物理量名称尺寸/ mm公差/ mmL总长度（最小）150-H夹具之间的距离115±5.0 C平行中部的长度60±0.5 G0标距（或有效部分） 50±0. 5 W端部宽度20±0. 2 D厚度4-B中间平行部分的宽度10±0. 2 R半径（最小值）60-表2-8 II型样品公差大小物理量名称大小/ mm公差/ mmL总长度（最小）110-C中间平行部分的长度9. 5±2. 0 d0中间平行部分3的厚度. 2 d1末端部分6的厚度. 5 W末端部分的宽度45-b中间平行部分的宽度25±0. 4 R0末端半径6.5±1. 0 R1表面半径75±2. 0 R2侧半径75±2. 0表2-9类型III样品的公差尺寸物理量名称尺寸/ mm公差/ mmL总长度（最小）115-H夹具之间的距离80±5. 0 C平行中部的长度为33±2. 0 G0标尺长度（或有效部分）25±0. 2 W端部宽度25±0. 2 d厚度2-b中间平行部分的宽度6±0. 2 R0小半径14±0. 2 R1大半径25±0. 2表2-10 IV型样品的公差大小物理量名称尺寸/ mm公差/ mmL总长度（最小）250-H夹具之间的距离170±5. 0 G0标距（或有效部分）100±0. 5 W宽度25±0. 5 L1钢筋之间的长度150±5.0 L2钢筋的最小长度50-d0厚度2〜10-d1钢筋厚度3〜10-D2钢筋5o〜30o-θ钢筋角度-塑料是粘弹性材料，其应力松弛过程与变形速率密切相关，应力松弛需要一个时间过程.

当以低速拉伸时，分子链有时间移位和重排，表现出韧性行为，这表现为抗张强度降低和断裂伸长率增加. 在高速拉伸期间，聚合物链段的运动不能跟上外力的速度，并且表现出脆性，这表现为抗张强度的增加和断裂伸长率的降低. 由于塑料种类繁多，不同类型的塑料对拉伸速度的敏感性也不同. 硬而脆的塑料对拉伸更敏感，通常使用较低的拉伸速度. 坚韧的塑料对拉伸速度不太敏感，通常使用较高的拉伸速度. （2）实验过程1）用游标卡尺或千分尺测量每个试件的宽度和厚度. 计算最小横截面的横截面积并记录该值. 2）更换并安装用于拉伸测试的夹具，然后将测试件放入夹具中. 3）设置测试条件聚合物拉伸性能测试，例如: 测试方法，测试速度，返回速度，返回位置，记录方法，传感器容量等. 4）键入样品参数，例如: 样品名称，编号，样品厚度，宽度，样品校准行间距. 5）检查屏幕上显示的测试条件和样品参数. 如果不合适，可以修改. 确认正确后，开始测试. 光束开始以恒定速度移动，数据采集系统也开始工作，扫描载荷-伸长曲线. 在拉伸过程中仔细观察样品的变化，直到样品破裂. 6）重复（2）〜（5）测试其余4个测试片.

7）依次将绘制速度更改为10和20mm / min，对每个速度重复2）〜6）. 5，实验报告（1）根据电子拉伸机绘制的PS和PP拉伸曲线，比较并确定其性能特征； （2）根据PP的载荷-伸长曲线，画出应力-应变曲线； （3）计算断裂模量和伸长率，计算断裂应力和应变； （4）对每个样品重复1至3. 6.问题与讨论（1）改变样品的拉伸速度会对测试产生什么影响？ （2）解释为什么要重复5个样本？ （3）如果测量线性和支化聚乙烯，可以从哪些方面研究它们之间的性能差异？

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