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实验1 高分子材料拉伸强度测定
实验目的
测定聚丙烯材料的屈服强度、断裂强度和断裂伸长,并画应力—应变曲线;
观察结晶性高聚物的拉伸特征;
掌握高聚物的静载拉伸实验方法。
实验原理
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,在试样上沿轴向方向施加静态拉伸负荷,以测定塑料的力学性能。
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,断裂强度和断裂伸长率等表征参数,不同的高聚物,不同的测定条件,测得的应力—应变曲线是不同的。
结晶性高聚物的应力—应变曲线分三个区域,如图1所示。



(1)OA段曲线的起始部分,近似直线,属普弹性变形,是由于分子的键长、键角以及原子间的距离改变所引起的,其形变是可逆的,应力与应变之间服从胡克定律。即:
σ= Έε
式中σ——应力,MPa;
ε——应变,%;
Ε——弹性模量,MP 。
A为屈服点,所对应力屈服应力或屈服强度。
(2)BC段到达屈服点后,试样突然在某处出现一个或几个“细颈”现象,出现细颈现象的本质是分子在该自发生取向的结晶,该处强度增大,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,此阶段应力几乎一变,而变形增加很大。
(3)CD段被均匀拉细后的试样,再长变细即分子进一步取向,应力随应变的增大而增大,直到断裂点D,试样被拉断,D点的应力称为强度极限,即抗拉强度或断裂强度
σ断,是材料重要的质量指标,其计算公式为:
σ断=P/(b×d) (MPa)
式中 P——最大破坏载荷,N;
b——试样宽度,mm;
d——试样厚度,mm;
断裂伸长率ε断是试样断裂时的相对伸长率,ε断按下式计算:
ε断=(F-G)/G×100%
式中 G——试样标线间的距离,mm;
F——试样断裂时标线间的距离,mm。
实验设备、用具及试样
电子式万能材料试验机WDT-20KN。
游标卡尺一把
聚丙烯(PP)标准试样6条,拉伸样条的形状(双铲型)如图2所示。
L——总长度(最小),150mm;
b——试样中间平行部分宽度,10±;
C——夹具间距离,115mm;
d——试样厚度,2~10mm;
G——试样标线间的距离,50±;
h——试样端部宽度,20±;
R——半径,60mm。
四、实验步骤
准备两组试样,每组三个样条,且用一种速度,A组25mm/min,B组5mm/min。
1、熟悉万能试验机的结构,操作规程和注意事项。
2、用游标卡尺量样条中部左、中、右三点的宽度和厚度,,取平均值。
3、实验参数设定
接通电源,启动试验机按钮,启动计算机;
双击桌面上“MCGS环境”进入系统主界面;分别点击“试验编号”、“试样设定”、“试样参数”、“测试项目”等按扭,设定参数。
设定试验编号;注意试验编号不能重复使用;
试样设定:
试验类型: 拉伸
横梁方向:向上
横梁速度: 5或25mm/min
变形测量: 横梁位移
试验结束条件:当负荷降到20%(最大)时
传感器选择:下空间 20000N
曲线选择:负荷-形变;
设定试样参数:板材宽度厚度
标距:50
每批数量: 3;