電子拉力機(jī)測(cè)定聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

1、上海衡翼橡膠材料實(shí)驗(yàn)報(bào)告 第 頁（共 頁）實(shí)驗(yàn)名稱： 電子拉力機(jī)測(cè)定聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握拉伸強(qiáng)度的測(cè)試原理和測(cè)試方法，掌握電子拉力機(jī)的使用方法及共工作原理；2. 了解橡膠在拉伸應(yīng)力作用下的形變行為，測(cè)試橡膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線；3. 通過應(yīng)力-應(yīng)變曲線評(píng)價(jià)材料的力學(xué)性能（初始模量、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率）；4. 了解測(cè)試條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響；5. 熟悉高分子材料拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)條件。2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能指標(biāo)。拉伸試驗(yàn)是力學(xué)性能中一種常用的測(cè)試方法，它是在規(guī)定的試驗(yàn)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(yàn)機(jī)上可以測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率。影響高聚物實(shí)際強(qiáng)度的因素有： 1）化學(xué)結(jié)構(gòu)。鏈剛性增加的因素都有助于增加強(qiáng)度，極性基團(tuán)過密或取代基過大，阻礙鏈段運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫高彈形變，使材料變脆。2） 相對(duì)分子質(zhì)量。在臨界相對(duì)分子質(zhì)量之前，相對(duì)分子質(zhì)量增加，強(qiáng)度增加，越過后拉伸強(qiáng)度變化不大，沖擊強(qiáng)度隨相對(duì)分子質(zhì)量增加而增加，沒有臨界值。3） 支化和交聯(lián)。交聯(lián)可以有效增強(qiáng)分子鏈間的聯(lián)系，使強(qiáng)度提高。分子鏈支化程度增加，分子間作用力小，拉伸強(qiáng)度降低，而沖擊強(qiáng)度增加。4） 應(yīng)力集中。應(yīng)力集中處會(huì)成為材料破壞的薄弱環(huán)節(jié)，斷裂首先在此發(fā)生，嚴(yán)重

3、降低材料的強(qiáng)度。5） 添加劑。增塑劑、填料。增強(qiáng)劑和增韌劑都可能改變材料的強(qiáng)度。增塑劑使大分子間作用力減少，降低了強(qiáng)度。又由于鏈段運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，材料的沖擊強(qiáng)度增加。惰性填料只降低成本，強(qiáng)度也隨之降低，而活性填料有增強(qiáng)作用。6） 結(jié)晶和取向。結(jié)晶度增加，對(duì)提高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彈性模量有好處。結(jié)晶尺寸越小，強(qiáng)度越高。取向使材料的強(qiáng)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(yàn)中提高拉伸速度和降低溫度都會(huì)使強(qiáng)度降低。拉伸試驗(yàn)的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是在一個(gè)相對(duì)簡單的測(cè)試中可以得到幾個(gè)有用的變量。它可以測(cè)定特定伸長率（典型100%和300%）下的應(yīng)力

4、（300%的定伸應(yīng)力）。此外還可以得到扯斷伸長率、拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度。典型的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1所示： 根據(jù)國標(biāo)，對(duì)測(cè)試試樣的厚度、測(cè)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(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備 HY-0580電子拉力機(jī)，HY(CP)沖片機(jī)，厚度計(jì)，啞鈴形試樣用裁刀。萬能材料試驗(yàn)機(jī)參數(shù)Mainspecifications1、最大負(fù)荷Maxcapacity：5000N以內(nèi)（任意選）2、荷重元精度拉力機(jī)LoadAccuracy：0.01%3、測(cè)試精度Measuringaccuracy：<±0.5%（可出據(jù)國家計(jì)量報(bào)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(cè)試軟件：中英轉(zhuǎn)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(jù)需要可加高）10、拉力機(jī)試驗(yàn)速度Tetxingspeed：0.001500mm/min（任意調(diào)），也可達(dá)到1000mm/min。11、速度精度SpeedAccuracy：±0.5%以內(nèi)；12、位移測(cè)量精度StrokeAccuracy：±0.5%以內(nèi)；13、變形測(cè)量精度DisplacementAccuracy：±0.5%

6、以內(nèi)14、安全裝置Safetydevice：電子限位保護(hù)，緊急停止鍵Safeguardstroke 15. 專利系統(tǒng)：試驗(yàn)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(jù)用戶產(chǎn)品試樣要求定制夾具壹付17、機(jī)臺(tái)重量MainUnitWeight：約85kg18. 電源電壓: 220V 19. 主機(jī)尺寸：590*355*1640mmHY（CP）沖片機(jī)技 術(shù) 參 數(shù)配 置HY（CP）沖片機(jī)（制試樣機(jī)）供橡膠制品、塑料制品及科研單位進(jìn)行拉力試驗(yàn)前沖切標(biāo)準(zhǔn)橡膠試片用。對(duì)于類似材料，本機(jī)亦可沖切。技術(shù)參數(shù) ：1、行程： 大于25mm2、工作臺(tái)規(guī)格：320mm×228mm3、裁刀規(guī)格：按

7、用戶或標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力-應(yīng)變曲線4 實(shí)驗(yàn)步驟 1）打開儀器電源，預(yù)熱1520min。 2）控制試樣厚度2.0mm，按國標(biāo)剪裁試樣，用厚度計(jì)測(cè)量真實(shí)的厚度，測(cè)量3點(diǎn)，去測(cè)量3點(diǎn)的中位數(shù)作為式樣的厚度值。 3）橡膠試樣的測(cè)試 選定試驗(yàn)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(dòng)試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試并記錄。圖2 啞鈴形試樣形狀示意圖 4）按實(shí)驗(yàn)施加的負(fù)荷和試樣尺寸，計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)力值，并對(duì)應(yīng)變作圖，得應(yīng)力-應(yīng)變曲線。計(jì)算拉伸強(qiáng)度。定伸應(yīng)力、扯斷伸長率、扯斷永久

8、變形。5 衡翼拉力機(jī)計(jì)算方法和公式1） 拉伸強(qiáng)度式中，：拉伸強(qiáng)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(yīng)力式中，：定伸應(yīng)力，MPa；：給定應(yīng)變下記錄的力，N。3） 扯斷伸長率式中，：式樣的初始標(biāo)距，mm；：試樣斷裂時(shí)的標(biāo)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(duì)起來的標(biāo)距，mm；6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)：1.用厚度計(jì)測(cè)量式樣長度部分的原始厚度，測(cè)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(biāo)距長度為25mm

9、。2.對(duì)橡膠試樣采用邵氏硬度計(jì)測(cè)量其硬度值。把試樣放置在堅(jiān)固的平面上，拿住硬度計(jì)，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(dòng)，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?jiǎng)偤米阋允箟鹤愫驮嚇油耆佑|，除另有規(guī)定，必須在壓足和試樣完全按觸后1秒內(nèi)讀數(shù)。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(shí)，可用同樣膠片重疊測(cè)定，但不超過3層。并要求膠片上下平行。檢定時(shí)室溫為23±5，檢定前硬度計(jì)在此溫度下至少存放1小時(shí)。最后測(cè)得本實(shí)驗(yàn)所用試樣的邵氏硬度為68度。3.在電子拉伸機(jī)上進(jìn)行橡膠拉伸試驗(yàn)所得

10、的數(shù)據(jù)見附錄，由所得數(shù)據(jù)和載荷-位移曲線，取點(diǎn)畫出應(yīng)力應(yīng)變曲線，按位移均勻取點(diǎn)如下，然后由：應(yīng)變?yōu)?，?yīng)力為，得到下表：表1 拉伸試驗(yàn)的載荷-位移及其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)位移L(mm)載荷F(N)應(yīng)變應(yīng)力(MPa)位移L(mm)載荷F(N)應(yīng)變應(yīng)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(jù)表1中的數(shù)據(jù)，用Excel畫出橡膠拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3：圖3 橡膠拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線4.根據(jù)附表數(shù)據(jù)，得到各種應(yīng)力應(yīng)變平均值如下：

12、1）拉伸強(qiáng)度：TS=8.8MPa；2）對(duì)100%和300%定伸應(yīng)力測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)1、4兩組數(shù)據(jù)中，由于位移傳感器未夾緊等原因，造成伸長率測(cè)量值變小，使得300%伸長率的應(yīng)力值為0，故只采用2、3兩組數(shù)據(jù)，這樣得到100%和300%的定伸應(yīng)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(cè)量標(biāo)距點(diǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論根據(jù)以上的應(yīng)力應(yīng)變值的計(jì)算可以明顯看出橡膠的彈性非常好，其伸長率可以達(dá)到300%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般的材料，但是它的強(qiáng)度很低，只有7MPa左右，大概比低碳鋼的屈服強(qiáng)度低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，其硬度也是比較低的。通過本次試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，基本上掌握了拉伸強(qiáng)度的測(cè)試原理和測(cè)試方法，掌握了電子拉力機(jī)的使用方法和工作原理，而且根據(jù)載荷-位移曲線畫出了應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并計(jì)算出了橡膠的斷裂強(qiáng)度、扯斷伸長率、扯斷永久伸