高分子材料典型力学性能测试实验

1、高分子材料典型力学性能测试实验实验报告学号姓名专业班级实验地点指导教师实验时间实验序号:实验项目名称：机械性能测试在这一实验中将选取两种典型的高分子材料力学测试实验，即拉伸实验及冲 击试验作为介绍。实验一：高分子材料拉伸实验一、实验目的（1）熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件、测试原理及其操作，了解测 试条件对测定结果的影响。（2）通过应力一应变曲线，判断不同高分子材料的性能特征。二、实验原理在规定的实验温度、湿度和实验速率下，在标准试样（通常为哑铃形）的两端沿轴向施加载荷直至拉断为止。拉伸强度定义为断裂前试样承受最大载荷与 试样的宽度和厚度的乘积的比值。实验不仅可以测得拉伸强度，同时可得到断裂 伸长率和拉伸模量。玻璃态聚合物在拉伸时典型的应力-应变曲线如下：氏模量E。从分子机理看，这阶段的普弹性行为主要是由高分子的键角、键长变 化引起。2）屈服。应力在Y点达到极大值，这点称为屈服点，其应力称为屈服应力。3）强迫高弹形变（大形变）：过了Y点应力反而降低。这是由于在大的外力帮助下，玻璃态聚合物本來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。运动本质与橡胶的高弹态一样，只不

2、过是在外力作用下发生的， 为了与普通高弹形变区分，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热可恢复。4）应变硬化。继续拉伸，分子链取向排列，使硬度提高，需更大的力才能 形变。5）断裂。达到B点时，材料断裂，断裂对应的应力B即抗张强度；断裂 时的应变乂称为断裂伸长率。直至断裂，整条曲线所包围的面积S相当于断裂功。 结晶态聚合物拉伸时的应力-应变曲线，也同样经历了五个阶段，除了模量 和屈服应力较大外，其主要特点是细颈化和冷拉。所谓细颈化是指试样在一处或 儿处薄弱环节首先变细，此后细颈部分逐渐缩短，直至整个试样变细为止。由于 是在较低温度下出现的不均匀拉伸，所以乂称为冷拉。将试样夹持在专用夹具上，对试样施加静态拉伸负荷，通过压力传感器、 形变测量装置以及计算机处理，测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力一应变 曲线，计算出曲线上的特征点如试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力（拉伸 强度）、试样断裂时的拉伸应力（拉伸断裂应力）、在拉伸应力一应变曲线上屈 服点处的应力（拉伸屈服应力）和试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比（断裂伸长率，以百分数表示）。所涉及的相关计算公式：（1）拉伸强度或拉伸断裂应力

3、或拉伸屈服应力或偏置屈服应力。t按式（1）计算：V（1）式中抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服应力，MPa：P最大负荷或断裂负荷或屈服负荷或偏置屈服负荷，N；b实验宽度，mm： d试样厚度，mm。（2）断裂伸长率一 一按式（2）计算:式中断裂伸长率，;G-GoX 100%Go试样原始标距，mm；G一试样断裂时标线间距离，mmo(3) 模量：拉伸模量通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例按式(3)计 算：(3)各种不同类聚合物对应不同应力-应变曲线，主要有5种不同类型：软而弱、 硬而脆、硬而强、软而韧、硬而韧。一般判断规则：硬与软从模量比较；强与弱 从屈服应力比较；脆与韧则可从断裂伸长率或断裂功比较。实际聚合物材料通常只是典型应力-应变曲线的一部分或者变异，而且应力- 应变试验所得的数据也与温度、湿度、拉伸速度有关。三、实验材料(1) 实验原料：韧性材料(HDPE或PP或PBS)、脆性材料(PS或PLA)。(2) 试样的制备方法：注塑成型。(3) 试样的形状及尺寸：I型，如图1-1及表1-1所示。S1-1 I型试样(2)实验拉伸速度的选择：不同的材料由于尺寸效应不同，故应尽量减

4、少缺陷和结构不均匀性对测定结果的影响，按国家标准规定的拉伸试样类型选择相应的实验速度。四、实验仪器、用具及样条（1）实验机：微机控制10 kN电子万能试验机，试样的状态调节和实验环 境按GB2918规定进行。（2）游标卡尺（3）实验样条：韧性及脆性材料按照规定注塑成型，I型试样。试样表面 应平整，无气泡、裂纹、分层及机械加工损伤等缺陷。五、实验步骤（1）准备两组标准试样（韧性、脆性）。（2）测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确至O.Olmmo（3）熟悉万能试验机的面板、指示灯、显示窗等，进行实验参数设定。（4）夹持试样，夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上、下夹具中心连线相 重合，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱或断在夹具内。（5）试验：点击负荷、变形等清零，点击开始试验，进行拉伸试验。（6）观察拉伸过程的变形特征，直到试样断裂为止，记录试验数据。若试 样断裂在中间标距之外时，此试样作废。（7）分析数据。六、实验注意事项（1）实验前认真预习，集中精神听老师讲解，操作试验机时，认真细致， 注意安全。（2）夹具安装时应注意上下垂直在同一平面上，防止实验过程中试样性能 受到额外剪切力的影响。七、

5、分析与讨论塑料薄膜拉伸测试-ISO试验报告夹具间初始距离L88. 93 nun初始距离L断后伸长率A断裂能量拉伸濮量拉占强度刊最左力试样宽度试样厚度mri%JMPaMPaNnwmm弟1根88. 9362. 94162.21399.3411.233. 586.940. 05力-位移曲线N1厂/106121824303642485460non塑料薄膜拉伸测试-iso试验报告夬具间初始距离L22.85 no初始距离L断后伸长率A断裂能量拉佯模吊拉佯强度CM最人力试样宣JT试样厚度iron%JMPaMPaNinnnn第1 22.85286. 2374. 22117.9914. 111.4120. 0521.81.61. 41.210.80. 60.40.20力Yi移曲线3Oi/714212835424956637n塑料薄膜拉伸测试-ISO试验报告夫具间初始距离LT4.14 iran辺卿离L断后伸长率AinnT4.1442. 94断裂能量1823.42拉伸模爭拉伸强度。卅最大力试样宽度试样厚度2663. 27112.55N82. 17nmi6. 24iuin0. 12力-位移曲线拉伸实验结果中，

6、图1和图2是相同材料PP在不同大小相同厚度的试样拉伸的 结果，从中可以看出两个的力-位移曲线走位大致相同，但试样小的断裂伸长率 大于试样大的断裂伸长率。从图1和图3可以看出PP和PET两种不同材料在拉伸力 学性能上截然不同。PET的弹性模量、断裂模量、拉伸强度均大于PP, PET的性 能较韧，强度高；PP表现出相对软而韧的力学性质。实验条件对拉伸性能的影响有：1、温度增大，分子内活动加速，材料宏观性能明显变得软而韧，其拉伸强 度降低而伸长率增大。2、拉伸能速度直接影响材料抵抗外载荷的表现，拉伸速度增大，材料來不 及发生变化而表现出相对脆性的断裂。3、湿度对材料的影响类似于温度，断裂强度减小，伸长率增大。实验二：高分子材料冲击实验一、实验目的及要求1. 了解高分子材料的冲击性能2. 理解摆锤式抗冲击强度试验机的原理3. 掌握冲击强度的测试方法二、实验设备（环境）及要求实验仪器和材料1、试验机试验机为摆锤式（悬臂梁和简支梁），并由摆锤、试样支座、能量指示机构 和机体等主要构件组成。能指示试样破坏过程中所吸收的冲击能量。2、摆体摆体是试验机的核心部分，它包括旋转轴、摆杆、摆锤和冲击刀刃等部件

7、。 旋转轴心到摆锤打击中心的距离与旋转轴心至试样中心距离应一致。两者之差不 应超过后者的1%。冲击刀刃规定夹角为30lo端部圆弧半径为2.0士0.5mm。 摆锤下摆时，刀刃通过两支座问的中央偏差不得超过士0.2 mm,刀刃应与试样的 冲击面接触。接触线应与试样长轴线相垂直，偏差不超过士2。3、试样支座为两块安装牢固的支撑块，能使试样成水平，其偏差在1/20以内。在冲击瞬 间应能使试样打击面平行于摆锤冲击刀刃，其偏差在1/200以内。支撑刃前角为 5,后角为101,端部圆弧半径为1mm。4、能量指示机构能量指示机构包括指示度盘和指针。应对能量度盘的摩擦、风阻损失和示值 误差做准确的校正。5、机体机体为刚性良好的金属框架，并牢固地固定在质量至少为所用最重摆锤质量 40倍的基础上。本试验采用带缺口试样。试样表面应平整、无气泡、裂纹、分 层和明显杂质。试样缺口处应无毛刺。三、实验内容与步骤1、试样制备（1）制备特定形状尺寸标准的两种样条（韧性、脆性材料），并打磨光滑，使无毛刺、裂痕。（2）测量试样中部的宽度和厚度，准确至0.05mm。2、根据试样破坏时所需的能量选择摆锤，使消耗的能量在摆锤总能量的10-85% 范围内。3、抬起并锁住摆锤，把试样按规定放置在两支撑块上，试样支撑面紧贴在支撑 块上，使冲击刀刃对准试样中心，缺口试样刀刃对准缺口背向的中心位置。4、点击释放摆锤，从表盘上读取试样吸收的冲击能量、韧性等相关数值。5、观察不同种材料样条的不同破坏类型。注意事项1、试验过程中注意安全。在做空击和冲击试验过程中，其他人应远离冲击试验 机。2、试样冲断后应及时捡回并观察断裂情况是否符合要求。3、试样无破坏的冲击值应不作取值。试样完全破坏或部分破坏的可以取值。四、实验结果与数据处理材料PPPLAPLA （成核剂）PBS角度-150. 57吸收功0.0150.0130. 0160.602简支kJ/nf1韧性0.4230. 3840. 46116.734材料PPPLAPLA （成核剂）PBS角度-149.71吸收功0. 100

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