六 高分子性能测试

高分子力学性能 6.1 拉伸性能 6.2 弯曲性能 6.3 压缩性能 6.4 冲击性能 6.5 剪切性能 6.6 蠕变和应力相应 6.1 拉伸性能 6.2 弯曲性能 6.3 压缩性能 6.4 冲击性能 6.5 剪切性能 6.6 蠕变和应力相应 6.7 硬度 6.8 撕裂性能

The four types of stresses 材料力学性能 The four types of stresses

Mechanical properties of materials 刚度(Stiffness)：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。 弹性模量：E＝σ/ε 强度(Strength)：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破 坏的最大能力。 屈服强度：表示材料发生明显塑性变形的抗力 Ps或σ 抗拉强度：σb=Pb/F0 断裂前单位面积上所承受的最大应力

Mechanical properties of materials 塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。 韧性(Ductility)：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收 能量的能力。 断裂韧性：KIC

Mechanical properties of materials 强度范畴 刚度范畴 塑性范畴 韧性范畴 应 力 应 变

6.1 拉伸性能 一、定义 拉伸强度：在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。 6.1 拉伸性能 一、定义 拉伸强度：在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。 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。 拉伸断裂应力：σｔ－εｔ曲线上断裂时的应力。 拉伸屈服应力：σｔ－εｔ曲线上屈服点处的应力。 断裂伸长率：试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比。 弹性模量：比例极限内，材料所受应力与产生的相应应变之比。 屈服点：σｔ－εｔ曲线上σｔ不随εｔ增加的初始点。 应变：材料在应力作用下，产生的尺寸变化与原始尺寸之比。

二、应力-应变曲线 应力－应变曲线： A：脆性材料； B：具有屈服点的韧性材料； C：无屈服点的韧性材料 －拉伸强度； －拉伸断裂应力； －拉伸屈服应力； －偏置屈服应力； －拉伸时的应变； －断裂时的应变； －屈服时的应变； －偏置屈服时的应变

高分子应力-应变过程 E越大，说明材料越硬，相反则越软； σb或σy越大，说材料越强，相反则越弱； εb或S越大，说明材料越韧，相反则越脆。                                                                               弹性形变: （开始-Y）应力随应变正比地增加，直线斜率=杨氏模量E。由高分子的键长键角变化引起的。 屈服应力： 应力在Y点达到极大值，这一点叫屈服点，其应力σy为屈服应力。 强迫高弹形变（大形变） 过了Y点应力反而降低，由于此时在大的外力帮助下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大的形变。这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样，只不过是在外力作用下发生的，为了与普通的高弹形变相区别，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热可以恢复。 应变硬化 继续拉伸时，由于分子链取向排列，使硬度提高，从而需要更大的力才能形变。 断裂 达到B点时材料断裂，断裂时的应力σb即是抗张强度σt；断裂时的应变εb又称为断裂伸长率。直至断裂，整条曲线所包围的面积S相当于断裂功。 强迫高弹形变（又称大形变） 过了Y点应力反而降低，这是由于此时在大的外力帮助下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大的形变。这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样，只不过是在外力作用下发生的，为了与普通的高弹形变相区别，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热可以恢复。 4）应变硬化 继续拉伸时，由于分子链取向排列，使硬度提高，从而需要更大的力才能形变。 实际聚合物材料，通常只是上述应力－应变曲线的一部分或其变异，

高分子典型应力－应变曲线 I (a)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。 (b)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。

高分子典型应力－应变曲线 (c)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。 (d)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。

高分子典型应力－应变曲线 III (e)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

高分子材料的典型应力-应变特征 高分子材料的典型应力-应变特征 性能 模量 屈服应力 拉伸强度 断裂伸长 软而弱 低 中等 硬而脆 高 无 硬而强 软而韧 硬而韧 高分子材料的典型应力-应变特征

常用高分子材料的应力-应变曲线

6.1 拉伸性能

三、 拉伸性能测试原理及试样 参照标准——国标GB/T 1040-92 1.原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷，使其破坏，通过测量试样的屈服力、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。

拉伸性能 低碳钢 铝合金 铸　铁 高分子材料 符合材料

2. 高分子试样的制备和尺寸要求I ：I型试样及尺寸 表6-2 II II型试样尺寸要求

2.II型试样及尺寸 图 II型试样 表6-2 I I型试样尺寸要求

2. 试样的制备和尺寸要求III ：III型试样及尺寸

2. 试样的制备和尺寸要求IV ：IV型试样及尺寸

2. 试样的制备和尺寸要求V ：塑料材料选择试样类型测试速度参考 试样材料 类型 试样制备方法 最佳厚度mm 试验速度 硬质热塑性塑 热塑性增强塑料 Ⅰ 注塑 模压 4 B C D E F 硬质热塑性塑料板 热固性塑料板含层压板 机械加工 2 A B C D E F G 软质热塑性塑料及板 Ⅱ 注塑、模压 板材机械加工和冲切加工 F G H I 热固性塑料(含填充、增强塑料） Ⅲ C 热固性塑料板 Ⅳ B C D A:1±50%，B:2±20%，C:5±20%，D:10±20%，E:20±10%， F:50±10%，G:100±10%，H:200±10%，I:500±10%。

3. 测量方法即实验步骤 ①试样的状态调节和试验环境按国家标准规定。 ②在试样中间平行部分做标线，示明标距。 ③测量试样中间平行部分的厚度和宽度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分的宽度，精确到0.05mm，测3点，取算术平均值。 ④夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜。 ⑤选定试验速度，进行试验。 ⑥记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。

数据的处理 拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力按下式计算： σt=F/bd σt：拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力等，MPa； F：最大负荷或断裂负荷、屈服负荷、偏置屈服负荷，N； b：试样宽度，mm； d：试样厚度，mm。 断裂伸长率按下式计算： εｔ=(L-L0)/L0×100% εｔ：断裂伸长率，%；L0：试样原始标距，mm； L：试样断裂时标线间距离，mm。

四、实验设备 电子万能试验机

摆锤式拉力试验机

五、影响拉伸性能的因素 (1)成型条件：由试样自身的微观缺陷和微观不同性引起 (2) 温度和湿度： (3)拉伸速度：塑料属于粘弹性材料，其应力松弛过程与变形速率紧密相关，需要一个时间过程 (4)预处理：材料在加工过程中，由于加热和冷却的时间和速度不同，易产生局部应力集中，经过在一定温度下的热处理或称退火处理，可以消除内应力，提高强度 (5)材料性质：结晶度、取向、分子量及其分布、交联度 (6)老化:老化后强度明显下降