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实验1 高分子材料拉伸强度及断裂伸长率测定一、实验目的通过实验了解聚合物材料应力—应变曲线特点、试验速度对应力—应变曲线的影响、拉伸强度及断裂伸长率的意义，熟悉它们的测试方法；并通过测试应力—应变曲线来判断不同聚合物的力学性能。
二、实验原理为了评价聚合物材料的力学性能，通常用等速施力下所获得的应力—应变曲线来进行描述。
所谓应力是指拉伸力引起的在试样内部单位截面上产生的内力；而应变是指试样在外力作用下发生形变时，相对其原尺寸的相对形变量。
不同种类聚合物有不同的应力—应变曲线。
等速条件下，无定形聚合物典型的应力—应变曲线如图1所示。
图中的α点为弹性极限，σα为弹性（比例）极限强度，εα为弹性极限伸长。
在α点前，应力—应变服从虎克定律：σ=Έε式中σ——应力，MPa；ε——应变，%；Ε——弹性（杨氏）模量（曲线的斜率），MP 。
曲线斜率E反映材料的硬性。
Y称屈服点，对应的σy和εy称屈服强度和屈服伸长。
材料屈服后，可在t点处，也可在t′点处断裂。
因而视情况，材料断裂强度可大于或小于屈服强度。
εt（或εt′）称断裂伸长率，反映材料的延伸性。
从曲线的形状以及σt和εt的大小，可以看出材料的性能，并借以判断它的应用范围。
如从σt的大小，可以判断材料的强与弱；而从εt的大小，更正确地讲是从曲线下的面积大小，可判断材料的脆性与韧性。
从微观结构看，在外力的作用下，聚合物产生大分子链的运动，包括分子内的键长、键角变化，分子链段的运动，以及分子间的相对位移。
沿力方向的整体运动（伸长）是通过上述各种运动来达到的。
由键长、键角产生的形变较小（普弹形变），而链段运动和分子间的相对位移（塑性流动）产生的形变较大。
材料在拉伸到破坏时，链段运动或分子位移基本上仍不能发生，或只是很小，此时材料就脆。
若达到一定负荷，可以克服链段运动及分子位移所需要的能量，这些运动就能发生，形变就大，材料就韧。
如果要使材料产生链段运动用分子位移所需要的负荷较大，材料就较强及硬。
高分子材料拉伸性能实验1. 实验目的了解高分子材料的拉伸强度、模量及断裂伸长率的意义和测试方法，通过应力－应变曲线，判断不同高分子材料的性能特征。
2. 实验原理拉伸强度是用规定的实验温度、湿度和作用力速度，在试样的两端以拉力将试样拉至断裂时所需的负荷力，同时可得到断裂伸长率和拉伸弹性模量。
将试样夹持在专用夹具上，对试样施加静态拉伸负荷，通过压力传感器、形变测量装置以及计算机处理，测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力－应变曲线，计算出曲线上的特征点如试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力（拉伸强度）、试样断裂时的拉伸应力（拉伸断裂应力）、在拉伸应力－应变曲线上屈服点处的应力（拉伸屈服应力）和试样断裂时标线间距离的增加量与初始标距之比（断裂伸长率，以百分数表示）。
3. 实验材料实验原料：GPPS、PP、PC。
（1）拉伸样条：哑铃型样条，测试标准：ASTM D638。
样条如下：4. 实验设备万能材料实验机及夹具5. 实验条件不同的材料由于尺寸效应不同，故应尽量减少缺陷和结构不均匀性对测定结果的影响，按表2选用国家标准规定的拉伸试样类型以及相应的实验速度。
表 2 拉伸试样类型以及相应的实验速度①Ⅲ试样仅用来测试拉伸强度实验速度为以下九种：A: 1mm/min ±50% B: 2mm/min ±20% C: 5mm/min ±20%D: 10mm/min ±20% E: 20mm/min ±10% F: 50mm/min ±10%G: 100mm/min ±10% H: 200mm/min ±10% I: 500mm/min ±10%6.实验步骤（1）实验环境：温度23℃，相对湿度50％，气压86～106KPa。
（2）测量试样中间平行部分的宽度和厚度，精确到0.01mm，每个试样测量三点，取算术平均值。
（3）在试样中间平行的部分作标线示明标距，此标线对测试结果不应有影响。
高分子材料拉伸性能的测定一、实验目的1.熟悉电子拉力机的使用；2.测定聚合物的应力-应变曲线；3.测定聚合物材料抗张强度、断裂伸长率。
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：式中P为最大载荷、断裂负荷、屈服负荷b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：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）：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：a点为弹性极限，σa为弹性（比例）极限强度，εa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εt的大小（从曲线面积的大小）可以判断材料的脆与韧。
晶态高聚物材料的应力-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σc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。
三、实验用品仪器深圳新三思材料检测有限公司CMT6104微机控制电子万能试验机（台式）。
试样要求1．试样制备和外观检查。
试样表面应光滑、平整，不应有气泡、杂质、机械损伤等。
2．每组试样不少于5个。
试验条件：1．试验速度（空载）A：10mm/min5mm/min；B：50mm/ min5mm/min；C：100mm/min10mm/min或250mm/min50mm/min。
《高分子材料的拉伸性能测试》实验指导书
一、实验目的
1、测试热塑性塑料拉伸性能。
2、掌握高分子材料的应力—应变曲线的绘制。
4、了解塑料抗张强度的实验操作。
二、实验原理
拉伸试验是材料最基本的一种力学性能试验方法，可以得到材料的各种拉伸性能，包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、伸长率、应力-应变曲线等。
拉伸试验是指在规定的温度、湿度和试验速度下，在试样上沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏，此时材料的性能指标如下：
1.拉伸强度为：
(1)
式中σ--拉伸强度，MPa;
P---破坏载荷（或最大载荷)，N;
b---试样宽度，cm;
h---试样厚度，cm.
2.拉伸破坏(或最大载荷处)的伸长率为： (2)
式中ε---试样拉伸破坏(或最大载荷处)伸长率，%;
ΔL0-破坏时标距内伸长量，cm;
L0---测量的标距，cm,
3.拉伸弹性模量为：
(3)
式中E t---拉伸弹性模量，MPa；
ΔP—荷载-变形曲线上初始直线段部分载荷量，N；
ΔL0—与载荷增量对应的标距内变形量，cm。
4.拉伸应力-应变曲线
如果材料是理想弹性体，抗张应力与抗张应变之间的关系服从胡克定律，即：σ = Eε
式中: E－杨氏模量或拉伸模量；σ－应力；ε－应变
聚合物材料由干本身长链分子的大分子结构持点，使其具有多重的运动单元，因此不是理想的弹性体，在外力作用下的力学行为是一个松弛过程，具有明显的粘弹性质。
拉伸试验时因试验条件的不同，其拉伸行为有很大差别。
起始时，应力增加，应变也增加，在A点之前应力与应变成正比关系，符合胡克定律，呈理想弹性体。
A点叫做比例极限点。
超过A点后的一段，应力增大，应变仍增加，但二者不再成正比关系，比值逐渐减小；当达到Y点时，其比值为零。
Y点叫做屈服点。
此时弹性模最近似为零，这是一个重要的材料持征点。
对塑料来说，它是使用的极限。
如果再继续拉伸，应力保持不变甚至还会下降，而应变可以在一个相当大的范围内增加，直至断裂。
断裂点的应力可能比屈服点应力小，也可能比它大。
断裂点的应力和应变叫做断裂强度和断裂伸长率。
高分子材料是多种多样的，它们的应力—应变曲线也是多样的并且受外界条件的极大影响。
材料的应力—应变曲线下的面积，表示其反抗外力时所做的功，因此根据应力－应变曲线的形状就可以大致判断出该材料的强度和韧性。
三、仪器装置与原材料
微机控制万能材料试验机1套
游标卡尺1个
按照标准制备哑铃型样条PP，PS若干
四、试验步骤
1．试验前的准备
(1)试样制作：
在拉伸试验中，应选择适当的试样形状和尺寸，使其拉伸时在有效部分断裂。
一般都是哑铃形试样，主要是选择适当的过渡圆弧半径和有效宽度。
在塑料拉伸试验国家标准方法中，对各种试样(如压注、压制、浇铸、硬板材、软片、薄膜等)的形状、尺寸、圆弧半径都做了统一的规定，准备试佯时应严格按照尺寸加工制作。
(2)试样预处理：
如前所述测试结果与温度、湿度有密切关系，因此在测试之前除了进行必要的后处理(如退火、淬火)之外，还需在与试验条件相同的条件下放置一定时间，使试样与试验条件的环境达到平衡。
一般试样愈硬厚。
这段时间应愈长一些，这在国家标准中都有规定。
(3)拉力试验机的准备工作：
耍保证测试顺利进行利和结果准确，拉力试验机的良好工作状态是必不可少的。
微机控制万能材料试验机的准备工作包括：
①首先调节工作室的温度和湿度使之符合国家标准的要求。
(本实验不作要求)
②开启试验机的总电源，预热10分钟。
③选择合适量程的力传感器。
把选定的传感器放到主机顶部传感器座上固定，用电缆把传感与测力放大器相连，同时在传感器上装好夹具。
2．测试步骤
1）在实验前用游标卡尺精确测量厚度。
每根试样测量三点取算术均值，并计算截面积A0，用游标卡尺在试上对称选取l0=25mm作为标线间距离。
2）试验条件：打开试验机拉伸软件，选择所需拉伸速率，本实验选取(mm／min)：5，50。
3）把试样夹持在上夹具，并保持竖直。
轻按下行开关，夹紧试样下端。
4）仪器负荷调零，位移调零。
5) 按运行按钮，开始试验。
实验过程中，电脑程序上自动记录了X-Y（载荷-形变）曲线。
6) 试样断裂后，保存试样数据。
7)重复步骤3-6，完成本组实验。
3.关闭试验机和拉伸机，打扫卫生，清理场地。
五、数据处理
1、由试样的初始尺寸计算抗拉强度、断裂强度；
试样有效部分长度人L0，试样厚度d，试样有效部分宽度b，抗拉强度的计算：
σ = F / (b*d)其中F是最大破坏载荷，由于不同材料拉伸时断裂点的载荷可能小于屈服点载荷，也可能大于屈服点载荷。
因此计算抗拉强度时所指的是最大破坏载荷，不一定是断裂点的载荷，而是应力-应变曲线上最大应力点的载荷。
3．断裂伸长率
ε ＝（（L—L0）/ L0）×100％
其中L0试样韧始有效长度，L是试样断裂时标线间的距离。
L—L0=△L是试样拉伸至断裂时的总伸长值．可以从载荷—形变X-Y曲线上直接读出。
4．起始弹性模量Et
Et ＝△σ / △ε
式中：△σ，△ε分别是比例极限点以内任一点的应力与应变。
Et可以直接从X-Y曲线上求得。
Et = (F *L0) / [ b*d*（L—L0）]
4、由拉伸记录曲线绘制应力应变曲线。
六、思考题
1、高分子材料有几种类型的应力-应变曲线?
2、比较橡胶、塑料及纤维的应力-应变曲线有何不同?
3、温度对拉伸性能什么影响？
七、实验参考书
1、何平笙、杨海洋、朱平平主编：《高分子物理实验》，中国科学技术大学出版社，2002。
2、刘建平、郑玉斌主编：《高分子科学与材料工程实验》，化学工业出版社，2005。
3、韩哲文主编：《高分子科学实验》，华东理工大学出版社，2005。
4、张兴英、李齐方主编：《高分子材料实验》，化学工业出版社，2003。
5、欧国荣张德震主编：《高分子科学与工程实验》，华东理工大学出版社，1997。
