電子拉力機測定聚合物的應力-應變曲線

1、上海衡翼橡膠材料實驗報告 第 頁（共 頁）實驗名稱： 電子拉力機測定聚合物的應力-應變曲線1 實驗目的1. 掌握拉伸強度的測試原理和測試方法，掌握電子拉力機的使用方法及共工作原理；2. 了解橡膠在拉伸應力作用下的形變行為，測試橡膠的應力-應變曲線；3. 通過應力-應變曲線評價材料的力學性能（初始模量、拉伸強度、斷裂伸長率）；4. 了解測試條件對測試結果的影響；5. 熟悉高分子材料拉伸性能測試標準條件。2 實驗原理隨著高分子材料的大量使用，人們迫切需要了解它的性能。而拉伸性能是高分子聚合物材料的一種基本的力學性能指標。拉伸試驗是力學性能中一種常用的測試方法，它是在規(guī)定的試驗溫度、濕度和拉伸速度下

2、，試樣上沿縱向施加拉伸載荷至斷裂。在材料試驗機上可以測定材料的屈服強度、斷裂強度、拉伸強度、斷裂伸長率。影響高聚物實際強度的因素有： 1）化學結構。鏈剛性增加的因素都有助于增加強度，極性基團過密或取代基過大，阻礙鏈段運動，不能實現強迫高彈形變，使材料變脆。2） 相對分子質量。在臨界相對分子質量之前，相對分子質量增加，強度增加，越過后拉伸強度變化不大，沖擊強度隨相對分子質量增加而增加，沒有臨界值。3） 支化和交聯。交聯可以有效增強分子鏈間的聯系，使強度提高。分子鏈支化程度增加，分子間作用力小，拉伸強度降低，而沖擊強度增加。4） 應力集中。應力集中處會成為材料破壞的薄弱環(huán)節(jié)，斷裂首先在此發(fā)生，嚴重

3、降低材料的強度。5） 添加劑。增塑劑、填料。增強劑和增韌劑都可能改變材料的強度。增塑劑使大分子間作用力減少，降低了強度。又由于鏈段運動能力增強，材料的沖擊強度增加。惰性填料只降低成本，強度也隨之降低，而活性填料有增強作用。6） 結晶和取向。結晶度增加，對提高拉伸強度、彎曲強度和彈性模量有好處。結晶尺寸越小，強度越高。取向使材料的強度提高幾倍甚至幾十倍，此外，取向后可以阻礙裂縫向縱深方向發(fā)展。7） 外力作用速度和溫度。衡翼拉伸試驗中提高拉伸速度和降低溫度都會使強度降低。拉伸試驗的一個重要的優(yōu)點就是在一個相對簡單的測試中可以得到幾個有用的變量。它可以測定特定伸長率（典型100%和300%）下的應力

4、（300%的定伸應力）。此外還可以得到扯斷伸長率、拉伸強度、斷裂強度。典型的拉伸應力應變曲線如圖1所示： 根據國標，對測試試樣的厚度、測試速度和溫度有規(guī)定。試樣包括啞鈴型，兩邊平行的條形或環(huán)形，啞鈴狀樣片（如圖2）最常見。三.實驗材料與設備 HY-0580電子拉力機，HY(CP)沖片機，厚度計，啞鈴形試樣用裁刀。萬能材料試驗機參數Mainspecifications1、最大負荷Maxcapacity：5000N以內（任意選）2、荷重元精度拉力機LoadAccuracy：0.01%3、測試精度Measuringaccuracy：<±0.5%（可出據國家計量報告） 4. 單位選擇:

5、gf、Kgf、N、KN、LB 5、操作方式Control：全電腦控制 6.測試軟件：中英轉換，還有一款最新八國語言的軟件。7、操作方式Control：全電腦控制8、有效寬度Validwidth：150mm9、有效拉伸空間Stroke：800mm（根據需要可加高）10、拉力機試驗速度Tetxingspeed：0.001500mm/min（任意調），也可達到1000mm/min。11、速度精度SpeedAccuracy：±0.5%以內；12、位移測量精度StrokeAccuracy：±0.5%以內；13、變形測量精度DisplacementAccuracy：±0.5%

6、以內14、安全裝置Safetydevice：電子限位保護，緊急停止鍵Safeguardstroke 15. 專利系統(tǒng)：試驗全程無線遙控或儀器本身的液晶顯示屏控制 16.夾具配置:根據用戶產品試樣要求定制夾具壹付17、機臺重量MainUnitWeight：約85kg18. 電源電壓: 220V 19. 主機尺寸：590*355*1640mmHY（CP）沖片機技 術 參 數配 置HY（CP）沖片機（制試樣機）供橡膠制品、塑料制品及科研單位進行拉力試驗前沖切標準橡膠試片用。對于類似材料，本機亦可沖切。技術參數 ：1、行程： 大于25mm2、工作臺規(guī)格：320mm×228mm3、裁刀規(guī)格：按

7、用戶或標準要求（選配）4、外形尺寸：520mm×450mm×520mm5、凈重： 35kg各種橡膠試樣圖1 典型的拉伸應力-應變曲線4 實驗步驟 1）打開儀器電源，預熱1520min。 2）控制試樣厚度2.0mm，按國標剪裁試樣，用厚度計測量真實的厚度，測量3點，去測量3點的中位數作為式樣的厚度值。 3）橡膠試樣的測試 選定試驗速度。將啞鈴形試樣均勻加持在上、下夾持器上，使拉力均勻分布在橫截面上。開動試驗機，測試并記錄。圖2 啞鈴形試樣形狀示意圖 4）按實驗施加的負荷和試樣尺寸，計算出相應的應力值，并對應變作圖，得應力-應變曲線。計算拉伸強度。定伸應力、扯斷伸長率、扯斷永久

8、變形。5 衡翼拉力機計算方法和公式1） 拉伸強度式中，：拉伸強度，MPa；：記錄的最大力，N；W：試樣狹小平行部分寬度，mm；t：試樣長度部分原始的厚度，mm；2） 定伸應力式中，：定伸應力，MPa；：給定應變下記錄的力，N。3） 扯斷伸長率式中，：式樣的初始標距，mm；：試樣斷裂時的標距，mm。4） 扯斷永久伸長率式中，：扯斷永久伸長率，%；：試樣斷裂后，停放3min對起來的標距，mm；6 實驗數據及處理實驗原始數據：1.用厚度計測量式樣長度部分的原始厚度，測量3次分別為1.856mm，1.869mm，1.880mm。取中間的厚度值作為試樣的原始厚度，即1.869mm，原始標距長度為25mm

9、。2.對橡膠試樣采用邵氏硬度計測量其硬度值。把試樣放置在堅固的平面上，拿住硬度計，壓足中孔的壓針距離試塊邊緣至少12mm，平穩(wěn)地把壓足壓在試樣上，不能有任何振動，并保持壓足平行于試樣表面，以使壓針垂直地壓入試樣，所施加的力要剛好足以使壓足和試樣完全接觸，除另有規(guī)定，必須在壓足和試樣完全按觸后1秒內讀數。橡膠的試樣厚度不小于6mm，寬度不小于15mm，長度不小于35mm，試樣厚度不足6mm時，可用同樣膠片重疊測定，但不超過3層。并要求膠片上下平行。檢定時室溫為23±5，檢定前硬度計在此溫度下至少存放1小時。最后測得本實驗所用試樣的邵氏硬度為68度。3.在電子拉伸機上進行橡膠拉伸試驗所得

10、的數據見附錄，由所得數據和載荷-位移曲線，取點畫出應力應變曲線，按位移均勻取點如下，然后由：應變?yōu)?，應力為，得到下表：? 拉伸試驗的載荷-位移及其對應的應力-應變數據位移L(mm)載荷F(N)應變應力(MPa)位移L(mm)載荷F(N)應變應力(MPa)0000.00033.834.21.3523.0502.66.50.1040.58036.437.51.4563.3445.2100.2080.8923941.51.563.7017.8130.3121.15941.6451.6644.01310.4150.4161.33844.248.81.7684.3521316.50.521.47146

11、.8531.8724.72615.618.50.6241.65049.4571.9765.08318.220.40.7281.81952622.085.52920.821.80.8321.94454.6662.1845.88623.423.50.9362.09657.270.52.2886.28726261.042.31959.8752.3926.68828.6281.1442.49762.478.52.4967.00031.231.21.2482.782根據表1中的數據，用Excel畫出橡膠拉伸的應力-應變曲線如圖3：圖3 橡膠拉伸應力-應變曲線4.根據附表數據，得到各種應力應變平均值如下：

12、1）拉伸強度：TS=8.8MPa；2）對100%和300%定伸應力測量時，發(fā)現1、4兩組數據中，由于位移傳感器未夾緊等原因，造成伸長率測量值變小，使得300%伸長率的應力值為0，故只采用2、3兩組數據，這樣得到100%和300%的定伸應力值分別為：100%：Se=(2.1+2.2)/2 MPa=2.15 MPa300%：Se=(7.1+7.6)/2 MPa=7.35 MPa。3） 扯斷伸長率為：Eb=301%；4） 扯斷永久伸長率：將拉斷后的橡膠試樣過3min后測量標距點之間的距離為：26mm。這樣扯斷永久伸長率為：Sb=(26-25)/25×100%=4%七實驗結果分析討論根據以上的應力應變值的計算可以明顯看出橡膠的彈性非常好，其伸長率可以達到300%以上，遠遠大于一般的材料，但是它的強度很低，只有7MPa左右，大概比低碳鋼的屈服強度低兩個數量級，其硬度也是比較低的。通過本次試驗的學習，基本上掌握了拉伸強度的測試原理和測試方法，掌握了電子拉力機的使用方法和工作原理，而且根據載荷-位移曲線畫出了應力-應變曲線，并計算出了橡膠的斷裂強度、扯斷伸長率、扯斷永久伸