塑料力学性能测试

1、组长：44 2021/3/10讲解：XX2 目录目录 测试塑料拉伸性能 测试塑料弯曲性能 测试塑料冲击性能 测试塑料洛氏硬度 2021/3/10讲解：XX3 一、测试塑料拉伸性能一、测试塑料拉伸性能 基本概念基本概念: 拉伸应力：试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的拉伸负 荷。 拉伸强度：在拉伸试验中试样直到断裂为止，所承受的最大拉伸应力。 拉伸断裂应力：在拉伸应力-应变曲线上，断裂时的应力。 拉伸屈服应力：在拉伸应力-应变曲线上，屈服点处的应力。 断裂伸长率：在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量与初 始标距之比，以百分率表示。 断=(L-L0)/L0100% 式中：L0-试样

2、标线间距离，mm L-试样断裂时标线间距离，mm 弹性模量：在比例极限内，材料所受应力与产生响应的应变之比。 2021/3/10讲解：XX4 应力应力- -应变曲线应变曲线 由应力由应力- -应变的相应值彼此对应的绘应变的相应值彼此对应的绘 成曲线，通常以应力值作为纵坐标，应变值作为成曲线，通常以应力值作为纵坐标，应变值作为 横坐标。应力横坐标。应力- -应变曲线一般分为两个部分：弹性应变曲线一般分为两个部分：弹性 变形区和塑性变形区，在弹性变形区，材料发生变形区和塑性变形区，在弹性变形区，材料发生 可完全恢复的弹性变形，应力和应变呈正比例关可完全恢复的弹性变形，应力和应变呈正比例关 系。曲线

3、中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值，系。曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值， 它代表材料的刚性。弹性模量越大，刚性越好。它代表材料的刚性。弹性模量越大，刚性越好。 在塑性变形区，应力和应变增加不在呈正比关系，在塑性变形区，应力和应变增加不在呈正比关系， 最后出现断裂。最后出现断裂。 2021/3/10讲解：XX5 2021/3/10讲解：XX6 实验原理实验原理 拉伸试验是对试样沿纵轴向施加静态拉伸负荷， 使其破坏。通过测定试样的屈服力，破坏力，和 试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度，拉伸 强度和伸长率。 2021/3/10讲解：XX7 试验方法试验方法 拉伸试验(应力-应变试验)一般是

4、将材料试样两端 分别夹在两个间隔一定距离的夹具上，两夹具以 一定的速度分离并拉伸试样，测定试样上的应力 变化，直到试样破坏为止。 拉伸试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法 之一，需要使用恒速运动的拉力试验机。按载荷 测定方式的不同，拉力试验机大体可以分为摆锤 式拉力试验机和电子拉力试验机两类，目前使用 较多的是电子拉力试验机。 2021/3/10讲解：XX8 操作要点操作要点 1、在试样中间部分作标线，此标线应对测试结果没有影 响。 2、测量试样中间平行部分的宽度和厚度，每个试样测量 三点，取算术平均值。 3、拉伸速度一般根据材料及试样类型进行选择。 4、夹具夹持试样时，试样纵轴与上，下夹具

5、中心线重合， 并防止试样滑脱，或断在夹具内。 5、试样断裂在中间平行部分之外时，应另取试样补做。 2021/3/10讲解：XX9 仪器和试样仪器和试样 拉力试验机一台 冲片机一台；塑料 片材一块 或用注塑机制得标准 试样五根以上 2021/3/10讲解：XX10 实验步骤和数据处理实验步骤和数据处理 试样得制备 用哑铃形标准裁刀在冲片机上冲取塑料薄片试样，沿纵向和横向各取 五条，精确测量试样细颈处的宽度和厚度，并在细颈部分划出长度标 记。也可用注塑机模塑出标准测试样条。 选择试验机载荷，以断裂时载荷处于刻度盘得1/34/5范围之内最合 适。 选择，调整试验机的下夹具的下降速度。对于软质热塑性塑

6、料，拉伸 速度可取50mm/min,100mm/min,200mm/min,500mm/min。 将试样装在夹具上，在使用夹具时应先用固定器将上夹具固定，防止 仪器刀口损坏，试样夹好后松开固定器。 按下启动按钮，电机开始运转，下夹具开始下降，指针开始指示。在 此过程中，用手控制标尺上的两根划尺，使形指针随试样细颈上的 两标记而动，直至试样断裂。记录指示盘读数和两划尺之间的距离。 按回行开关，将下夹具回复到原来位置，并把指示盘指针拨回零位， 开始第二次试验。 2021/3/10讲解：XX11 数据的记录与处理数据的记录与处理 2021/3/10讲解：XX12 参数说明参数说明 拉伸强度： TS=

7、Pmax/bd (Mpa) 断裂伸长率： Eb=(L-L0)/L0100% 式中：Pmax ：试样拉伸时的最大载荷 N b：试样宽度 mm d：试样厚度 mm L0：试样原始长度 mm L：试样断裂时两线间距 mm 2021/3/10讲解：XX13 影响因素影响因素 1、成型条件 2、温度与湿度 3、变形速度 4、其他 2021/3/10讲解：XX14 二、测试塑料弯曲性能二、测试塑料弯曲性能 基本概念： 挠度：弯曲试验过程中，试样跨度中心的定面或底面偏离 原始位置的距离。 弯曲应力：试样在弯曲过程中的任意时刻，中部截面上外 层纤维的最大正应力。 弯曲强度：在到达规定挠度值时或之前，负荷达到最

8、大值 时的弯曲应力。 定挠弯曲应力：挠度等于试样厚度1.5倍时的弯曲应力。 弯曲屈服强度：在负荷挠度曲线上，负荷不增加而挠度 骤增点的应力。 2021/3/10讲解：XX15 实验原理：试 验时将一规定形状 和尺寸的试样置于 两支坐上，并在两 支坐的中点施加一 集中负荷，使试样 产生弯曲应力和变 形。这种方法称静 态三点式弯曲试验 （图3）。 2021/3/10讲解：XX16 测试条件：测试条件： 试样可采用注塑、模塑、或板材经机械加工制成矩形截面试样。 试样尺寸： 标准试样长（l）宽（b）厚（d）模塑大试样120215 0.210 0.2 模塑小试样55 16 0.24 0.2板材试样10d

9、 2015 0.2d板材试 样厚度为110mm；每组试样不少于5个。 试验条件 试验跨度： 10d 0.5 试验速度：2.0 0.4mm/min(标准试样) 规定挠度：8.0mm （标准大试样）， 3.2mm（标准小试样） 2021/3/10讲解：XX17 试验装置试验装置 2021/3/10讲解：XX18 四、结果的计算四、结果的计算 2 3 2 d t pL b t 弯曲应力或弯曲强度按下式计算： 式中 ： 弯曲应力或弯曲强度，Mpa P ：试样承受的弯曲负荷，N L： 跨度，m b：试样宽度 m d：试样厚度 m 计算一组数据的平均值，取三位有效数字。若要求计算标准偏差， 可按下式计算：

10、 2021/3/10讲解：XX19 2 1 () 1 n i i XX s n X 式中：Xi ：单个测定值； ：一组测定值的算术平均值； n ：测定值个数。 2021/3/10讲解：XX20 影响因素：影响因素： 1、跨厚比 2、应变速率 3、加载压头圆弧和支座圆弧半径 4、温度 5操作影响 2021/3/10讲解：XX21 三、测试塑料冲击性能三、测试塑料冲击性能 基本概念： 无缺口试样冲击强度：无缺口试样在冲击负荷作用下，试 样破坏时吸收的冲击能量与试样原始截面积之比。 缺口试样冲击强度：缺口试样在冲击负荷作用下，试样破 坏时吸收的冲击能量与试样原始截面积之比。 相对样冲击强度：缺口试样

11、的冲击强度与无缺口试样的冲 击强度之比，或同类型试样A型缺口冲击强度与B型缺口 冲击强度之比。 完全破坏：指经过一次冲击使试样分成两段或几段。 2021/3/10讲解：XX22 实验原理实验原理 冲击试验是用来度量材料在高速冲击状态下的韧性或对断 裂的抵抗能力。 一般冲击实验采用三种方法：（1）摆锤式：试验安放形 式有简支梁式（charpy）-支撑试样两端而冲击中部； 悬臂梁式（Izod）-试样一端固定而冲击自由端。（2） 落球式。（3）高速拉伸法。（3）法虽较理想，可直接转 换成应力应变曲线，计算曲线下的面积，便可得冲击强 度，还可定性判断是脆性断裂还是韧性断裂，但对拉力机 要求较高。 20

12、21/3/10讲解：XX23 仪器设备：冲击摆锤试验机 2021/3/10讲解：XX24 简支梁冲击实验机的基本原理简支梁冲击实验机的基本原理 试验机的基本构造有三部分（图2）：机架部分，摆锤部 分和指示部分。 试验的基本原理是：摆锤高置于机架的扬臂上，扬角为， 当摆锤自由落下，位能转化为动能将试样冲断，冲击后摆 锤以其剩余能量升到某一高度，升角为。 2021/3/10讲解：XX25 图图2摆锤式冲击实验机工作原理摆锤式冲击实验机工作原理 2021/3/10讲解：XX26 根据冲击过程的能量守恒： L（1-cos）=(1-cos)+A+ +A+1/2mv2 式中：冲击锤重量，L 冲击锤摆长 A

13、 冲断试样所消耗的功 AA 分别为摆锤在克服空气主力所消耗的功；1/2mv2为试样断 裂时飞出部分所具有的能量。 通常上式右后边三项部分都可忽略，所以： A =L（cos- cos） 根据、L、和设定A值，可由上式算出值而绘出读数盘，实测时根 据读数盘（即值）读出A值。必须指出，实际上不同试样受冲击后有 不同程度的“飞出功”，尤其脆性材料是不能忽视的，因读数盘是根 据（8）式绘制的，所以读出的A值包括了，当占比例较大时，测试结 果不准确，且不易重复。 注意：试样厚度，缺口大小，形状，测试时试样的跨度都影响测试结 果。 2021/3/10讲解：XX27 影响因素：影响因素： 1、冲击过程的能量消

14、耗 2、温度和湿度 3、试样尺寸 4、冲击速度 2021/3/10讲解：XX28 四、测试塑料洛氏硬度四、测试塑料洛氏硬度 基本概念： 硬度试验是测量固体材料表面硬度的一种材料机械性能试 验。 硬度试验是材料试验中最简便的一种，与其他材料试验 如拉伸试验、冲击试验和扭转试验相比，具有以下特点： 试验可在零件上直接进行而不论零件大小、厚薄形状； 试验时留在表面上的痕迹很小，零件不被破坏； 试验方法简单、迅速。硬度试验在机械工业中广泛用于 检验原材料和零件在热处理后的质量。 由于硬度与其他机械性能有一定关系，也可根据硬度估计 出零件和材料的其他机械性能。硬度试验方法很多，一般 分为划痕法、压入法和

15、动力法3类。 2021/3/10讲解：XX29 1919年，美国人洛克威尔（Rockwell）提出洛氏 硬度试验方法。 塑料洛氏硬度试验方法标准有GB/T 93421988， ISO 2039/21987和ASTM D7851989等。 塑料洛氏硬度采用较小的负荷、较大的压痕器和 大量程结构的硬度计。 洛氏硬度标尺：由负荷的大小与压痕器直径组合 构成，适用不同硬度材料的试验。 2021/3/10讲解：XX30 实验原理实验原理 洛氏硬度是用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加 主试验力，然后卸除主试验力，保留初试验力，用前后两次初 试验力作用下压头压入试样的深度差计算出的硬度值。 洛氏硬

16、度值的计算公式： （1）按下式计算洛氏硬度值: HR130- e 式中：e卸去主负荷后的压入深度，每单位为0.002mm （2）直接用硬度读数盘读取硬度值。 洛氏硬度值须在数字前应加上前缀标尺字母。 c h kHR 2021/3/10讲解：XX31 实验设备实验设备 洛氏硬度仪结 构：由机架、 压头、加力机 构、硬度指示 器和计时装置 组成。 2021/3/10讲解：XX32 试样： 厚度不应小于 6mm，均匀、表面光滑、平整、无气泡、 无机械损伤及杂质等。 操作: 1）选定试验标尺，所测的洛氏硬度值应在标尺的50115 之间,硬度指示器能测量压头压入深度到 0.001mm ，每一 分度值等于

17、 0.002mm 。 计时装置能指示初试验力、主试验力全部加上时及卸除主 试验力后，到读取硬度值时，总试验力的保持时间，计时 量程不大于 60s。 2）将试样放在工作台上，施加初负荷，调整千分表到零 点；保持10s后施加主负荷，保持15s卸去主负荷（保留初 负荷），测量压入深度。 2021/3/10讲解：XX33 影响因素影响因素 1、试验仪器的影响:机架的变形量超过标准；主轴倾斜；压头夹持方 式不正常；加荷不平稳以及压头轴线偏移等。 2、测试温度的影响:随着测试温度的上升，各种塑料材料的洛氏硬度 值都将下降，尤其是对热塑性塑料的影响更为显著。 3、试样厚度的影响:试样厚度小于 6mm 时，对硬度值的影响较大； 试样厚度大于 6mm 时对硬度值的影响较小。规定试样厚度不得小于 6mm 。 4、主试验力保持时间的影响:塑料属于黏弹性材料，在试验载荷作用 下，试样的压痕深度随加荷时间的增加而增加，硬度值随着降低。低 硬度材料的