塑料常規(guī)力學(xué)性能的測(cè)試

1、塑料常規(guī)力學(xué)性能的測(cè)試影響塑料力學(xué)性能的因素 影響塑料力學(xué)性能的因素很多，有聚合物結(jié)構(gòu)的影響（如：聚合物種類，分子量及其分布，是否結(jié)晶等），有成型加工的影響（如：成型加工的方式及加工條件導(dǎo)致結(jié)晶度、取向度的變化，試樣的缺陷等）；有測(cè)試條件的影響（如：測(cè)試溫度，濕度，速度等），它們會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差等缺陷，所以力學(xué)性能的測(cè)試有嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB1042-92規(guī)定：環(huán)境溫度為251，相對(duì)濕度為65 5%，樣品的尺寸、形狀均有統(tǒng)一規(guī)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往為五次以上平均。拉伸實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握塑料拉伸強(qiáng)度的測(cè)試原理及測(cè)試方法,并能分析影響因素；加深對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的理解,并從中求出有用的多種機(jī)械性

2、能數(shù)據(jù)；觀察拉伸時(shí)出現(xiàn)的屈服,裂紋,發(fā)白等現(xiàn)象。二 實(shí)驗(yàn)原理 拉伸試驗(yàn)是對(duì)試樣沿縱軸向施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞。通過(guò)測(cè)定試樣的屈服力，破壞力，和試樣標(biāo)距間的伸長(zhǎng)來(lái)求得試樣的屈服強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。 定義 拉伸應(yīng)力：試樣在計(jì)量標(biāo)距范圍內(nèi)，單位初始橫截面上承受的拉伸負(fù)荷。 拉伸強(qiáng)度：在拉伸試驗(yàn)中試樣直到斷裂為止，所承受的最大拉伸應(yīng)力。 拉伸斷裂應(yīng)力：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，斷裂時(shí)的應(yīng)力。 拉伸屈服應(yīng)力：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，屈服點(diǎn)處的應(yīng)力。 斷裂伸長(zhǎng)率：在拉力作用下，試樣斷裂時(shí)，標(biāo)線間距離的增加量與初始標(biāo)距之比，以百分率表示。 斷=(L-L0)/L0100% 式中：L0-試樣標(biāo)線間距離，m

3、m L-試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間距離，mm 彈性模量：在比例極限內(nèi)，材料所受應(yīng)力與產(chǎn)生響應(yīng)的應(yīng)變之比。應(yīng)力-應(yīng)變曲線由應(yīng)力-應(yīng)變的相應(yīng)值彼此對(duì)應(yīng)的繪成曲線，通常以應(yīng)力值作為縱坐標(biāo)，應(yīng)變值作為橫坐標(biāo)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線一般分為兩個(gè)部分：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)，在彈性變形區(qū)，材料發(fā)生可完全恢復(fù)的彈性變形，應(yīng)力和應(yīng)變呈正比例關(guān)系。曲線中直線部分的斜率即是拉伸彈性模量值，它代表材料的剛性。彈性模量越大，剛性越好。在塑性變形區(qū)，應(yīng)力和應(yīng)變?cè)黾硬辉诔收汝P(guān)系，最后出現(xiàn)斷裂。試驗(yàn)方法拉伸試驗(yàn)是對(duì)試樣沿縱向施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞。通過(guò)測(cè)定試樣的屈服力，破壞力和試樣間標(biāo)距間的伸長(zhǎng)來(lái)求的試樣的屈服強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。

4、操作要點(diǎn)在試樣中間部分作標(biāo)線，此標(biāo)線應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有影響。測(cè)量試樣中間平行部分的寬度和厚度，每個(gè)試樣測(cè)量三點(diǎn)，取算術(shù)平均值。拉伸速度一般根據(jù)材料及試樣類型進(jìn)行選擇。夾具夾持試樣時(shí)，試樣縱軸與上，下夾具中心線重合，并防止試樣滑脫，或斷在夾具內(nèi)。試樣斷裂在中間平行部分之外時(shí)，應(yīng)另取試樣補(bǔ)做。三 儀器和試樣 拉力試驗(yàn)機(jī)一臺(tái) 沖片機(jī)一臺(tái)；塑料片材一塊 或用注塑機(jī)制得標(biāo)準(zhǔn)試樣五根以上四 實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理試樣得制備用啞鈴形標(biāo)準(zhǔn)裁刀在沖片機(jī)上沖取塑料薄片試樣，沿縱向和橫向各取五條，精確測(cè)量試樣細(xì)頸處的寬度和厚度，并在細(xì)頸部分劃出長(zhǎng)度標(biāo)記。也可用注塑機(jī)模塑出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條。選擇試驗(yàn)機(jī)載荷，以斷裂時(shí)載荷處于刻度

5、盤得1/34/5范圍之內(nèi)最合適。選擇，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的下夾具的下降速度。對(duì)于軟質(zhì)熱塑性塑料，拉伸速度可取50mm/min,100mm/min,200mm/min,500mm/min。將試樣裝在夾具上，在使用夾具時(shí)應(yīng)先用固定器將上夾具固定，防止儀器刀口損壞，試樣夾好后松開固定器。按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，下夾具開始下降，指針開始指示。在此過(guò)程中，用手控制標(biāo)尺上的兩根劃尺，使形指針隨試樣細(xì)頸上的兩標(biāo)記而動(dòng)，直至試樣斷裂。記錄指示盤讀數(shù)和兩劃尺之間的距離。按回行開關(guān)，將下夾具回復(fù)到原來(lái)位置，并把指示盤指針撥回零位，開始第二次試驗(yàn)。五 數(shù)據(jù)的記錄與處理編號(hào)12345平均L0 (m)b (m)d (m)L

6、 (m)P (N)Ts(Mpa)Eb(100%)參數(shù)說(shuō)明 拉伸強(qiáng)度： TS=Pmax/bd (Mpa) 斷裂伸長(zhǎng)率： Eb=(L-L0)/L0100% 式中：Pmax ：試樣拉伸時(shí)的最大載荷 N b：試樣寬度 m d：試樣厚度 m L0：試樣原始長(zhǎng)度 m L：試樣斷裂時(shí)兩線間距 m（二）沖擊試驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握塑料沖擊強(qiáng)度的測(cè)試原理和影響因素，學(xué)會(huì)用簡(jiǎn)支梁（或懸臂梁法）測(cè)定沖擊強(qiáng)度。二 實(shí)驗(yàn)原理 沖擊試驗(yàn)是用來(lái)度量材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡挚鼓芰Α?一般沖擊實(shí)驗(yàn)采用三種方法：（1）擺錘式：試驗(yàn)安放形式有簡(jiǎn)支梁式（charpy）-支撐試樣兩端而沖擊中部；懸臂梁式（Izod）-試樣

7、一端固定而沖擊自由端。（2）落球式。（3）高速拉伸法。（3）法雖較理想，可直接轉(zhuǎn)換成應(yīng)力應(yīng)變曲線，計(jì)算曲線下的面積，便可得沖擊強(qiáng)度，還可定性判斷是脆性斷裂還是韌性斷裂，但對(duì)拉力機(jī)要求較高。簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本原理試驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造有三部分（圖2）：機(jī)架部分，擺錘部分和指示部分。試驗(yàn)的基本原理是：擺錘高置于機(jī)架的揚(yáng)臂上，揚(yáng)角為，當(dāng)擺錘自由落下，位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能將試樣沖斷，沖擊后擺錘以其剩余能量升到某一高度，升角為 圖2擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理 根據(jù)沖擊過(guò)程的能量守恒： L（1-cos）=(1-cos)+A+ +A+1/2mv2 式中：沖擊錘重量，L 沖擊錘擺長(zhǎng) A 沖斷試樣所消耗的功 AA 分別為

8、擺錘在克服空氣主力所消耗的功；1/2mv2為試樣斷裂時(shí)飛出部分所具有的能量。 通常上式右后邊三項(xiàng)部分都可忽略，所以： A =L（cos- cos） 根據(jù)、L、和設(shè)定A值，可由上式算出值而繪出讀數(shù)盤，實(shí)測(cè)時(shí)根據(jù)讀數(shù)盤（即值）讀出A值。必須指出，實(shí)際上不同試樣受沖擊后有不同程度的“飛出功”，尤其脆性材料是不能忽視的，因讀數(shù)盤是根據(jù)（8）式繪制的，所以讀出的A值包括了，當(dāng)占比例較大時(shí)，測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，且不易重復(fù)。 注意：試樣厚度，缺口大小，形狀，測(cè)試時(shí)試樣的跨度都影響測(cè)試結(jié)果。三 簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)儀器：XJ-40型沖擊試驗(yàn)機(jī) 試樣：標(biāo)準(zhǔn)大試樣 長(zhǎng)寬厚=（1201）（150.2）(100.2)mm3,一種為

9、不帶缺口,另一種為帶缺口,缺口深度為厚度的1/3,缺口寬為20.2mm。 實(shí)驗(yàn)步驟：試樣的處理：試樣表面應(yīng)平整，無(wú)氣泡裂紋，無(wú)分層和機(jī)械加工損傷。將試樣在測(cè)定條件下（溫度：255；濕度655%）放置不少于16小時(shí)。選擇擺錘：0 4kgf.cm, 0 10kgf.cm, 0 20kgf.cm,打斷試樣所消耗的功應(yīng)選擇在刻度盤的1/3-4/5之間?？論粼囼?yàn)：當(dāng)擺錘懸掛時(shí)指針指在0處，擺錘空打時(shí)應(yīng)指0kgf.cm，誤差不超過(guò)1/5格。大試樣跨度應(yīng)為70mm。測(cè)試：測(cè)量試樣中部的厚度和寬度，缺口試樣量的剩余厚度，準(zhǔn)確至0.05mm,缺口試樣背向擺錘,寬面緊貼在支坐上,缺口位置與擺錘對(duì)準(zhǔn),懸掛擺錘固定,

10、松開固定器,則擺錘落下沖擊試樣,記錄指針讀數(shù)。每組試樣不少于五個(gè)，如試樣未被沖斷或未斷在三等分中間部分或缺口處，該試樣作廢。另補(bǔ)試樣實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度： 缺口沖擊強(qiáng)度： 式中： ：沖擊強(qiáng)度, KJ/m2, A:：試樣吸收的沖擊能 ,Jb：試樣寬度 mm,d, d1：分別為無(wú)，有缺口試樣的厚度mm試驗(yàn)結(jié)果可用算術(shù)平均值表示，同時(shí)可用標(biāo)準(zhǔn)偏差估算數(shù)據(jù)的分散性。310Aibd3101Ainb d四 思考題如何理解由式（5）計(jì)算出抗張強(qiáng)度的物理意義。定性分析影響聚合物機(jī)械性能影響因素。五 參考文獻(xiàn) 高分子物理實(shí)驗(yàn)北京大學(xué)高分子化學(xué)教研組編。 塑料測(cè)試技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社 周維祥主編。（三） 彎

11、曲實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?彎曲試驗(yàn)主要用來(lái)檢驗(yàn)材料在經(jīng)受彎曲負(fù)荷作用時(shí)的性能，生產(chǎn)中常用彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)定材料的彎曲強(qiáng)度和塑性變形的大小，是質(zhì)量控制和應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。二 實(shí)驗(yàn)原理1、基本定義： 撓度：彎曲試驗(yàn)過(guò)程中，試樣跨度中心的定面或底面偏離原始位置的距離。彎曲應(yīng)力：試樣在彎曲過(guò)程中的任意時(shí)刻，中部截面上外層纖維的最大正應(yīng)力。彎曲強(qiáng)度：在到達(dá)規(guī)定撓度值時(shí)或之前，負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí)的彎曲應(yīng)力。定撓彎曲應(yīng)力：撓度等于試樣厚度1.5倍時(shí)的彎曲應(yīng)力。彎曲屈服強(qiáng)度：在負(fù)荷撓度曲線上，負(fù)荷不增加而撓度驟增點(diǎn)的應(yīng)力。2、方法原理 試驗(yàn)時(shí)將一規(guī)定形狀和尺寸的試樣置于兩支坐上，并在兩支坐的中點(diǎn)施加一集中負(fù)荷，使試樣產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和變形。這種方法稱靜態(tài)三點(diǎn)式彎曲試驗(yàn)（圖3）。（另一加載方法為四點(diǎn)式，這里不介紹。） 三、測(cè)試條件試樣可采用注塑、模塑、或板材經(jīng)機(jī)械加工制成矩形截面試樣。 試樣尺寸：標(biāo)準(zhǔn)試樣長(zhǎng)（l）寬（b）厚（d）模塑大試樣120215 0.210 0.2模塑小試樣55 16 0.24 0.2板材試樣10d 2015 0.2d板材試樣厚度為110mm；每組試樣不少于5個(gè)。試驗(yàn)條件試驗(yàn)跨度： 10d 0.5試驗(yàn)速度：2.0 0.4mm/min(標(biāo)準(zhǔn)試樣)規(guī)定撓度：8.0mm （標(biāo)準(zhǔn)大試樣）， 3.2mm（標(biāo)