高分子材料应力-应变曲线的测定

。化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：高分子材料应力 -应变曲线的测定年级：10级材料化学 日期: 2012-10-25姓名： 学号： 同组人：一、预习部分聚合物材料在拉力作用下的应力 -应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索及表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能等）以评价材料抵抗载荷，抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力 -应变曲线有助于判断聚合物材料的强弱、软硬、韧脆和粗略估算聚合物所处的状况与拉伸取向、 结晶过程，并为设计和应用部门选用最佳材料提供科学依据。1、应力—应变曲线拉伸实验是最常用的一种力学实验， 由实验测定的应力应变曲线， 可以得出评价材料性能的屈服强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同的高聚物、不同的测定条件，测得的应力—应变曲线是不同的。应力与应变之间的关系，即：式中 σ——应力，MPa；ε——应变，％；E ——弹性模量，MPa；

PtII0100%EbdI0为屈服点，A点所对应力叫屈服应力或屈服强度。的为断裂点，D点所对应力角断裂应力或断裂强度聚合物在温度小于 Tg(非晶态)下拉伸时，典型的应力 -应变曲线(冷拉曲线)如下图精选资料，欢迎下载。曲线分以下几个部分：OA：应力与应变基本成正比 (虎克弹性)。--弹性形变屈服点B：应力极大值的转折点，即屈服应力 (sy)；屈服应力是结构材料使用的最大应力。--屈服成颈BC：出现屈服点之后，应力下降阶段 --应变软化CD：细颈的发展，应力不变，应变保持一定的伸长 --发展大形变DE：试样均匀拉伸，应力增大，直到材料断裂。断裂时的应力称断裂强度 (sb)，相应的应变称为断裂伸长率 (eb)-- 应变硬化通常把屈服后产生的形变称为屈服形变， 该形变在断裂前移去外力， 无法复原。但如果将试样温度升到其 Tg附近，形变又可完全复原，因此它在本质上仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动所引起的。根据材料的力学性能及其应力 -应变曲线特征，可将应力 -应变曲线大致分为六类：材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，在屈服点之前发生断裂，有高模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。材料硬而强：在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度。材料强而韧：具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。材料软而韧：模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。材料软而弱：模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。如未硫化的天然橡胶。材料弱而脆：一般为低聚物，不能直接用做材料。注意：材料的强与弱从 b比较；硬与软从 E( /e)比较；脆与韧则主要从断裂伸长率比较。精选资料，欢迎下载。2、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶段屈服区(2)延伸区(3)增强区3、影响高聚物机械强度的因素(1) 大分子链的主价链，分子间力以及高 分子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主要内在因素。混料及塑化不均,会产生细纹、凹陷、真空泡等形式留在制品表面或内层。环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强度有着非常重要的影响。4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为应力 -应变曲线的形状也不同目前大致可归纳成 5种类型的特点是软而弱。拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。的特点是硬而脆。拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。的特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。的特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。的特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等。二、实验部分（一）、目的要求精选资料，欢迎下载。熟悉拉力机（包括电子拉力机）的使用；测定不同拉伸速度下 PE板的应力-应变曲线；掌握图解法求算聚合物材料抗张强度、断裂伸长率和弹性模量；二、实验原理应力-应变试验通常实在张力下进行，即将试样等速拉伸，并同时测定试样所受的应力和形变值，直至试样断裂。应力是试样单位面积上所受到的力，可按下式计算：Pt式中P为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷bdb为试样宽度， m；d为试样厚度， m。应变是试样受力后发生的相对变形，可按下式计算：tII0100%I0式中I0为试样原始标线距离，m；I为试样断裂时标线距离，m。应力-应变曲线是从曲线的初始直线部分，按下式计算弹性模量E（MPa，N/m2）：E式中σ为应力；ε为应变。在等速拉伸时，无定形高聚物的典型应力 -应变曲线见图 15-1：tyaO

a y t图15-1无定形高聚物的应力 -应变曲线a点为弹性极限，σ a为弹性（比例）极限强度，ε a为弹性极限伸长率。由 0到a点为一直线，应力 -应变关系遵循虎克定律σ＝ Eε，直线斜率 E称为弹性（杨氏模量）。y点为屈服点，对应的σy和εy称为屈服强度和屈服伸长氯。 材料屈服后可在 t点处断裂，σt、εt 为材料的断裂强度、断裂伸长率。 （材料的断裂强度可大于或小于屈服强度，视不同材料而定）从σt的大小，可以判断材料的强与弱，而从ε t的大小（从曲线面积的大小）可以判断材料的脆与韧。精选资料，欢迎下载。晶态高聚物材料的应力 -应变曲线：tcOc t图15-2晶态高聚物的应力 -应变曲线在c点以后出现微晶的取向和熔解，然后沿力场方向重排或重结晶，故σ c称重结晶强度。从宏观上看，在c点材料出现细颈，随拉伸的进行，细颈不断发展，到细颈发展完全后，应力才继续增大到t点断裂。由于高聚物材料的力学试验受环境湿度和拉伸速度的影响，因此必须在广泛的温度和速度范围内进行。工程上，一般是在规定的湿度、速度下进行，以便比较。注意：选择的试样表面应光滑平整，无气泡，杂质，机械损伤等。三、实验结果分析CY聚丙烯拉伸试验数据断裂伸长拉伸强拉伸屈服应拉伸断裂应最大试样原始标距（G）率度力力力mm％MPaMPaMPaMPa97245.8222.9419.7122.7525.95精选资料，欢迎下载。应力-应变曲线MPa3027242118151296300 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3%从记录的数据和图形可得：抗张强度为22.75MPa，从抗张强度知道此材料是强性材料。断裂伸长率为 245.82%，从断裂伸长率的值可以知道材料是属于韧性的。弹性模量E 15.7271 669.2弹性模量较大，所以材料较硬