聚合物材料测试方法

一、实验目的1、了解高分子材料的冲击性能。

2、掌握冲击强度的测试方法和摆锤式冲击试验机的使用。

二、实验原理冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。

通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位面积所吸收的能量。

α＝[A／(bd)]×103式中，α为冲击强度,J/cm2; A为冲断试样所消耗的功,J；b为试样宽度，mm；d试样厚度，mm。

冲击强度的测试方法很多，应用较广的有以下3种测试方法：①摆锤式冲击试验；②落球法冲击试验；③高速拉伸试验。

本实验采用摆锤式冲击试验法。

摆锤冲击试验，是将标准试样放在冲击机规定的位置上，然后让重锤自由落下冲击试样，测量摆锤冲断试样所消耗的功，根据上述公式计算试样的冲击强度。

摆锤冲击试验机的基本构造有3部分：机架部分、摆锤冲击部分和指示系统部分。

根据试样的按放方式，摆锤式冲击试验又分为简支梁型(Charpy法)和悬臂梁型。

前者试样两端固定，摆锤冲击试样的中部；后者试样一端固定，摆锤冲击自由端。

如图5—1所示。

图5—1 摆锤冲击试验中试样的安放方式试样可采用带缺口和无缺口两种。

采用带缺口试样的目的是使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱处，所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收，从而提高试验的准确性。

测定时的温度对冲击强度有很大影响。

温度越高，分子链运动的松弛过程进行越快，冲击强度越高。

相反，当温度低于脆化温度时，几乎所有的塑料都会失去抗冲击的能力。

当然，结构不同的各种聚合物，其冲击强度对温度的依赖性也各不相同。

湿度对有些塑料的冲击强度也有很大影响。

如尼龙类塑料，特别是尼龙6、尼龙66等在湿度较大时，其冲击强度更主要表现为韧性的大大增加，在绝干状态下几乎完全丧失冲击韧性。

这是因为水分在尼龙中起着增塑剂和润滑剂的作用。

试样尺寸和缺口的大小和形状对测试结果也有影响。

用同—种配方，同一种成型条件而厚度不同的塑料作冲击试验时，会发现不同厚度的试样在同一跨度上作冲击试验，以及相同厚度在不同跨度上试验，其所得的冲击强度均不相同，且都不能进行比较和换算。

聚合物三种Tg测试⽅法（DSC，DMA，TMA）The thermal properties of polymeric materials are important to the function of components and assemblies that will operate in warm environments. Glass Transition Temperature (referred herein as Tg) is the point at which a material goes from a hard brittle state to a soft rubbery state. Amorphous polymers only have a Tg. Crystalline polymers exhibit a Tm (melt temperature) and typically a Tg since there is usually an amorphous portion as well ("semi"-crystalline). Identifying the Tg of polymers is of interest for various reasons, but is most often used for quality control and research and development.There are three general techniques for measuring Tg:Differential Scanning Calorimetry (DSC) – This is probably the most traditional and common technique for most polymeric materials. Simply stated, DSC utilizes a heat flow technique and compares the amount of heat supplied to the test sample and a similarly heated "reference" to determine transition points. Tg is typically calculated by using a half-height technique in the transition region. The heating rate and sample heat history are a couple of factors that may affect the test result. Depending on the equipment capability, DSC can be used for a wide range of thermoplastic and thermoset polymers. For materials that have broad Tg's, DSC may not be sensitive enough to show a large enough transition for calculation purposes.Thermal Mechanical Analysis (TMA) – TMA is used to measure Coefficient of Thermal Expansion (CTE) of polymers. TMA uses a mechanical approach for measuring Tg. A sensitive probe measures the expansion of the test specimen when heated. Polymers typically expand as temperature is increased. From the expansion curve, a CTE canbe calculated over a temperature range. If a material goes through a Tg during a TMA test, the curve shape changes significantly and Tg can be calculated by using an onset technique. Amorphous polymers would typically not utilize the TMA approach because the material would soften to the point where the probe penetrates into the sample. Samples that remain somewhat rigid through Tg would be good candidates for Tg by TMA. The heating rate chosen can affect the Tg. Dynamic Mechanical Analysis (DMA) – DMA is probably the most sensitive technique (of the discussed methods)for Tg analysis. DMA measures the response of a material to an applied oscillatory strain (or stress), and how that response varies with temperature, frequency, or both. DMA is able to separate and measure the elastic and viscous components of polymers. How the material responds to the temperature increase can be illustrated by various means on the DMA graph. There are three typical approaches for reporting Tg by DMA. All techniques are viable but may yield different results. Several results may include: 1) Onset of the storage modulus curve; 2) Peak of the loss modulus curve; and/or 3) Peak of the Tan Delta curve.There also are different modes of oscillation used for DMA such as torsional, single and dual cantilever, tension, compression, three-point bend and compression. Various heating rates, frequencies and strains can be utilized as well. All of these variables can affect the Tg. Compared to DSC, DMA can be 10 to 100 times more sensitive to the changes occurring at the Tg. DMA is useful for polymers with difficult to find Tg's such as epoxies, polymers with Tg's well below ambient temperature and highly crosslinked polymers. It is important to note Tg by DMA can vary significantly from one reporting technique to the next.As you can see there are various approaches to obtain Tg of polymeric materials. Sometimes trial and error has to be used to see what technique is best. It is extremely important to know which technique and test parameters were used to determine Tg if comparing back to historical data. Similarly, if testing to a specification or industry standard, the technique and test parameters must be well defined. Even within a test technique, the means of obtaining the Tg can be performed various ways and the result can vary significantly. The Tg by DSC, TMA or DMA rarely will be the same and can vary by as much as 20°C or more.转⾃：Techniques for Obtaining Glass Transition Temperature of Polymeric Materials原⽂后⾯有条评论可以看看：DMA is probably the best equipment for this. It is typically preferable to have homogenous specimens for DMA testing, but it is unlikely DSC or TMA is going to be able to detect the Tg of the FRP or the Silicone. Since you have a multi-layer specimen, there may be some challenges in obtaining the Tg of both components. Depending on your objective, you may need to isolate the silicone layer from the FRP and test them separately.另外，我看了⼀家⽇本卖测试仪器的，对这些指标也做了些介绍，有兴趣可以看看。

测量形状记忆高聚物性能原理及应用聚合物材料地动态力学性能测试在外力作用下，对样品地应变和应力关系随温度等条件地变化进行分析，即为动态力学分析.动态力学分析能得到聚合物地动态模量( ′)、损耗模量(″)和力学损耗(δ).这些物理量是决定聚合物使用特性地重要参数.同时，动态力学分析对聚合物分子运动状态地反应也十分灵敏，考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件地变化地特性可得到聚合物结构和性能地许多信息，如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.b5E2R。

实验原理高聚物是黏弹性材料之一，具有黏性和弹性固体地特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能地特性，这种特性不消耗能量；另一方面，它又具有像非流体静应力状态下地黏液，会损耗能量而不能贮存能量.当高分子材料形变时，一部分能量变成位能，一部分能量变成热而损耗.能量地损耗可由力学阻尼或内摩擦生成地热得到证明.材料地内耗是很重要地，它不仅是性能地标志，而且也是确定它在工业上地应用和使用环境地条件.p1Ean。

如果一个外应力作用于一个弹性体，产生地应变正比于应力，根据虎克定律，比例常数就是该固体地弹性模量.形变时产生地能量由物体贮存起来，除去外力物体恢复原状，贮存地能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化地力，产生地应变与应力同位相，过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性地液体，液体产生永久形变，在这个过程中消耗地能量正比于液体地黏度，应变落后于应力，如图()所示.聚合物对外力地响应是弹性和黏性两者兼有，这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用，而分子链又倾向于排列成最低能量地构象.在周期性应力作用地情况下，这些分子重排跟不上应力变化，造成了应变落后于应力，而且使一部分能量损耗.图()是典型地黏弹性材料对正弦应力地响应.正弦应变落后一个相位角.应力和应变可以用复数形式表示如下.DXDiT。

σ*σ(ω)γ*γ [ (ωδ) ]式中，σ和γ为应力和应变地振幅；ω是角频率；是虚数.用复数应力σ*除以复数形变γ*，便得到材料地复数模量.模量可能是拉伸模量和切变模量等，这取决于所用力地性质.为了方便起见，将复数模量分为两部分，一部分与应力同位相，另一部分与应力差一个地相位角，如图()所示.对于复数切变模量RTCrp。

聚合物材料取向度的测试方法简述聚合物材料取向度是指分子链在固态中的取向程度。

聚合物材料的取向度对其性能具有重要影响，因此准确测量取向度十分重要。

下面将对常用的聚合物材料取向度测试方法进行简述。

1. X射线衍射方法：利用X射线与晶体结构相互作用的原理，通过测量相对放射线强度和角度，来推断聚合物链在材料中的取向度。

该方法是最常用的取向度测量方法之一，具有准确性高、实验操作简单等优点。

2. 偏光显微镜法：通过观察聚合物材料在偏光显微镜下的泽尔迈耶纹图案，并结合理论计算，可以得到聚合物链的取向度信息。

该方法非常直观，可以直接观察到取向度的变化，但对材料的透明度和光学性质要求较高。

3. 红外线吸收法：根据聚合物链在材料中的取向度与红外线吸收的相关性，通过测量样品在红外光谱区域的吸收峰的形状和强度来推断取向度。

该方法操作简单，且可以实现在线测量，但对于不同聚合物材料的适用性存在一定差异。

4. 核磁共振方法：利用核磁共振技术对聚合物材料进行测量，通过测量样品的核磁共振信号强度和位置来推断取向度。

该方法具有高分辨率、不需破坏样品且可定量的优点，但对仪器设备要求较高且成本较高。

5. 热分析方法：利用热重分析仪、差示扫描量热计等热分析仪器，通过对样品在不同温度下物理性质的变化进行分析，来推断聚合物链的取向度。

该方法比较简单且对材料适用性广，但精度相对较低。

聚合物材料取向度的测试方法包括X射线衍射、偏光显微镜、红外线吸收、核磁共振和热分析等方法。

根据不同的实验要求和样品特性选择合适的测试方法，可以获得准确的取向度信息。

实验三邵氏硬度测定硬度反映了材料弹塑性变形特性，是一项重要的力学性能指标。

硬度测定是指用一定形状和尺寸的较硬物体(压头)以一定压力接触材料表面，测定材料在变形过程中所表现出来的抗力。

材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

邵氏硬度计是将规定形状的压针在标准的弹簧力下压入试样，把压针压入试样的深度转换为硬度值。

邵氏硬度分为邵氏A和邵氏D两种，邵氏A硬度适用于橡胶及软质塑料，用H A表示；邵氏D硬度适用于较硬的塑料，用H D表示。

一、实验目的：1．用邵氏硬度计测定橡胶的邵氏A硬度。

2．掌握邵氏硬度测量的基本原理及测量方法。

二、实验原理：本实验采用邵氏压痕硬度计，将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下和规定的时间内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样材料的邵氏硬度值。

邵氏压痕硬度计不适应于泡沫塑料。

三、实验试样和仪器设备(1) 试样聚丙烯(PP)，天然橡胶(NR)。

试样应厚度均匀，用A型硬度计测定硬度，试样厚度应不小于5mm。

用D型硬度计测定硬度，试样厚度应不小于3mm。

除非产品标准另有规定。

当试样厚度太薄时，可以采用两层、最多不超过三层试样叠合成所需的厚度，并保证各层之间接触良好。

试样表面应光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质等。

试样大小应保证每个测量点与试样边缘距离不小于12mm，各测量点之间的距离不小于6mm。

可以加工成50mm×50mm的正方形或其他形状的试样。

每组试样的测量点不少于5个，可在一个或几个试样上进行。

(2)仪器设备TH200型邵氏A硬度计。

硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及对压针施加压力的弹簧组成。

①读数度盘：度盘为100分度，每一分度相当于一个邵氏硬度值。

当压针端部与下压板处于同一平面时，即压针无伸出，硬度计度盘指示为100，当压针端部距离下压板(2.50±0.04)mm时，即压针完全伸出，硬度计度盘应指示为0。

②压力弹簧：压力弹簧对压针所施加的力应与压针伸出压板位移量有恒定的线性关系。

聚合物材料取向度的测试方法简述聚合物材料的取向度是指聚合物中分子链在结晶过程中的排列程度。

取向度的大小直接影响聚合物材料的力学性能、电学性能和光学性能等。

准确测量聚合物材料的取向度对于研究其性能具有重要意义。

以下将简述一些常用的聚合物材料取向度测试方法。

1. X射线衍射法X射线衍射法是常用的聚合物材料取向度测试方法之一。

该方法通过测量聚合物材料在不同方向上的X射线衍射图谱，来获得聚合物晶体的取向度信息。

在衍射图谱中，聚合物的取向度越高，衍射峰越尖锐，峰高峰面积比越大。

通过对衍射图谱的分析，可以计算出聚合物材料的取向度指标，如取向因子和取向角。

2. 偏振光显微镜法偏振光显微镜法是一种可视化的聚合物材料取向度测试方法。

该方法利用偏振光显微镜观察聚合物材料的显微结构，通过观察聚合物的取向结构来评估其取向度。

聚合物分子链的取向程度越高，其在偏振光下的反射、吸收和散射也会相应改变，从而可以通过偏振光显微镜观察到。

3. 核磁共振（NMR）法核磁共振方法可以用来测量聚合物材料中分子链的取向度。

通过NMR技术，可以获得聚合物材料中各个取向方向上的分子链比例。

NMR技术的原理是根据不同取向方向上分子链的自旋不同，来测量其相对比例。

通过对测量结果的分析，可以得到聚合物材料的取向度信息。

4. 热差示扫描电镜（DSC）法热差示扫描电镜法是一种可以测量聚合物晶体取向度的热分析方法。

该方法通过在不同温度范围内测量聚合物材料的热过渡过程来评估其取向度。

聚合物材料的取向结构会影响聚合物分子链的热行为，因此通过热差示扫描电镜的测试，可以反映出聚合物晶体的取向程度。

聚合物材料力学性能测试方法比较聚合物材料是一类具有高分子量的大分子化合物，具有良好的力学性能和化学稳定性，广泛应用于汽车、航空航天、电子、建筑等领域。

为了评估和比较不同聚合物材料的力学性能，科学家们开发了各种测试方法。

本文将比较几种常用的聚合物材料力学性能测试方法。

1. 拉伸测试方法拉伸测试是评估材料抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等力学性能的常见方法。

在拉伸测试中，材料在不断施加力的作用下，沿着其长度方向逐渐拉伸，记录下载荷和伸长量的变化。

通过伸长量与载荷之间的关系，可确定材料的力学性能。

2. 压缩测试方法压缩测试用于评估材料在受到压缩作用下的性能。

材料在压缩测试中受到垂直于其面积方向的力，并测量材料的应力应变关系。

通过压缩测试，可以确定材料的压缩强度、弹性模量等力学性能。

3. 弯曲测试方法弯曲测试是评估材料在受到弯曲力作用下的性能的方法。

材料在弯曲测试中受到两个力的作用，使其发生弯曲变形。

通过测量材料在不同载荷下的应变量和挠度，可以确定材料的弯曲强度、弯曲模量等力学性能。

4. 硬度测试方法硬度测试用于评估材料表面抗压、抗刮、抗穿刺等力学性能。

常用的硬度测试方法包括洛氏硬度测试、布氏硬度测试、维氏硬度测试等。

这些方法通过在材料表面施加一定的载荷，测量形成的痕迹的大小来评估材料的硬度。

5. 冲击测试方法冲击测试用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。

常见的冲击测试方法包括冲击韧性试验、冲击强度试验等。

通过施加冲击载荷，测量材料的断裂韧性和抗冲击能力，可以评估材料的力学性能。

不同的聚合物材料力学性能测试方法有各自的优缺点，选择适合的方法取决于具体的测试需求。

拉伸、压缩和弯曲测试方法较为常用，适用于评估聚合物材料的静态力学性能。

硬度测试方法简单快捷，适用于快速比较不同材料的硬度。

而冲击测试方法则更适用于评估材料在受到突然冲击或冲击载荷下的性能。

除了选择合适的测试方法，还需要注意测试条件的标准化。

聚合物复合材料性能解释以及测试标准指南1．1拉伸性能拉伸性能包括拉伸强度，弹性模量、泊松比、断裂伸长率等。

对于如高压容器、高压管、叶片等产品，必须要测出聚合物复合材料的拉伸性能，才能进展产品设计及检验。

对于不同的聚合物复合材料，拉伸性能试验方法是不同。

对于普通的，用国标GB/T1447进展测试；对于缠绕成型的，用国标GB/T1458进展测试；对于定向纤维增强的，用国标GB/T33541进展测试；对于拉挤成型的，用国标GB/T13096-1进展测试。

使用最多的是GB/T1447。

国标GB/T1447，对于不同成型工艺复合材料，又规定不同形状的拉伸试样，有带R型、直条型及哑铃型。

使用拉伸试验机或万能试验按规定的加载速度对试样施加拉伸载荷直到试样破坏。

用破坏载荷除以试样横截面面积则为拉伸强度。

从测出的应力----应变曲线的直线段的斜率则为弹性模量，试样横向应变与纵向应变比为泊松比。

破坏时的应变称为断裂伸长率。

单位面积上的力，称为应力，通常用MPa〔兆帕〕表示，1MPa相当于1N/mm2的应力。

应变是单位长度的伸长量，是没有量刚〔单位〕的。

不同的现代复合材料其拉伸性能大不一样，以玻璃纤维增强的玻璃钢为例：1：1玻璃钢，拉伸强度为〔200-250〕MPa，弹性模量为〔10-16〕GPa；4：1玻璃钢，拉伸强度为〔250-350〕MPa，弹性模量为〔15-22〕GPa；单向纤维的玻璃钢〔如缠绕〕，拉伸强度大于800MPa，弹性模量大于24GPa；SMC材料，拉伸强度为〔40-80〕MPa，弹性模量为〔5-8〕GPa；DMC材料，拉伸强度为〔20-60〕MPa，弹性模量为〔4-6〕GPa。

1. 2弯曲性能一般产品普遍存在弯曲载荷，弯曲性能是很重要的，同时，往往用弯曲性能来进展原材料，成型工艺参数，产品使用条件因素等的选择。

弯曲性能，一般采用国标GB/T1449进展测试；对于拉挤材料，用国标GB/T13096.2进展测试；对于单向纤维增强的，用国标GB/T3356进展测试。