塑料拉伸强度的测定
【实验目的】
(1) 掌握塑料拉伸强度的测定方法。
(2) 学会由被测试材料的应力 -应变曲线判断材料的类型。
【实验原理】
塑料的拉伸性能是塑料力学性能中最重要、最基本的性能之一。几乎所有的塑料都要考
核拉伸性能的各项指标 , 这些指标的高低很大程度地决定该种塑料的使用场合。
拉伸性能的好坏 , 可以通过拉伸试验进行检验。如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服 应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。从这些测试值的高低 , 可对塑料的拉 伸性能作出评价。
拉伸试验测出的应力、应变对应值 , 可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各 项拉伸性能指标值。曲线下方所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。它与材料的强度和韧性 相关。强而韧的材料 , 拉伸破坏能大 , 使用性能也佳。
拉伸试验可为质量控制 , 按技术要求验收或拒收产品。研究、开发与工程设计及其他目
的提供数据。所以说 , 拉伸性能测试是非常重要的一项试验。
（1）定义
1. 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。
2. 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。
3. 拉伸断裂应力——在拉伸应力一应变曲线上 , 断裂时的应力。
4. 拉伸屈服应力——在拉伸应力 -应变曲线上 , 屈服点处的应力。
5. 偏置屈服应力——应力一应变曲线偏离直线性达规定应变百分数 ( 偏置 )
时的应力。
6. 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
始标距之比的百分率。
7. 弹性模量——在比例极限内 , 材料所受应力 ( 拉、压、弯、扭、剪等 ) 与
产生的相应应变之比。
8. 屈服点。应力 -应变曲线上 , 应力不随应变增加的初始点。
9. 应变。材料在应力作用下 , 产生的尺寸变化与原始尺寸之比。
（2）高分子材料应力-应变的五种类型
A. 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. 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
C. 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
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。
E. 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
酸乙二醇醋、尼龙等。
由以上 5 种类型的应力 -应变曲线 , 可以看出不同的高分子材料的断裂过程。
（3）实验试样与设备
a. 试样形状:拉伸试验共有 4 种类型的试样 :
I 型试样 ( 双铲型 ), 见图 2-3；Ⅱ 型试样( 哑铃型 ), 见图 2-4;
Ⅲ型试样 (8 字型 ), 见图 2-5；Ⅳ型试样 ( 长条型 ), 见图 2-6
b. 实验仪器设备。
拉伸机 ( 瑞格尔万能电子拉伸试验机) 、游标卡尺、直尺、千分 尺、记号笔。
c. 拉伸时的速度设定：
塑料属粘弹性材料 , 它的应力松弛过程与变形速率紧密相关 , 应力松弛需要一个时间过当低速拉伸时 , 分子链来得及位移、重排 , 呈现韧性行为。表 现为拉伸强度减小 , 而断裂伸长率增大。高速拉伸时 , 高分子链段的运动跟不上外力作用速 度 , 呈现脆性行为。表现为拉伸强度增大 , 断裂伸长率减小。由于塑料品种繁多 , 不同品种 的塑料对拉伸速度的敏感不同。硬而脆的塑料对拉伸速度比较敏感 , 一般采用较低的拉伸速 度。韧性塑料对拉伸速度的敏感性小 , 一般采用较高的拉伸速度 , 以缩短试验周期 , 提高效率。
拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为 1~500mm/min, 分为 9 种速度
不同品种的塑料可在此范围内选择适合的拉伸速度进行试验。
【实验步骤】
(1) 在试样中间平行部分坐标线 , 示明标距 Go 。
(2) 游标卡尺、千分尺测量标线间试样的厚度和宽度 , 每个试样测量 3 点 , 取算术斗均值。
(3) 试验速度应根据受试材料和试样类型进行选择。
(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 , 且松紧要适宜。防』 试样滑脱或断在夹具内。
(5) 根据材料强度的高低选用不同吨位的试验机 , 使示值在表盘满刻度的 10%~9OP
范围内 , 示值误差应在± 1% 之内。并及时进行校准。
(6) 试祥断裂在中间平行部分之外时 , 此试验作废 , 应另取试样补做。
(7) 记录。
【实验结果计算】
(1) 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 : δt=P⨯10-6 b⋅d
式中： ζt ——拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力 ,MPa;
P ——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 ,m; d ——试样厚度 ,m 。
(2) 断裂伸长率按下式计算 :
εt=G-G0⨯100% G0
式中εt ——断裂伸长率 ,%； Go ——试样原始标距 ,m
G ——试样断裂时标线间距离 ,m ；
(3) 标准偏差值按下式计算
:
S= 式中 S——标准偏差值 ；xi——单个测定值
R——组测定值的算术平均值 ； n ——测定个数。 计算结果以算术平均值表示 , δ t 取 3 位有效数字 ; ε t 、 S 取 2 位有效数字。
【影晌因素】
温度的影响 , 高分子材料的力学性能表现出对温度的依赖性 , 随着温度的升高 , 拉伸强 度降低 , 而断裂伸长率则随温度升高而升高。因此试验要求在规定的温度下进行。
【思考题】
(1) 请说出不同材质的塑料应力一应变曲线有何不同 ? (2) 请说出实验室温度对试样测试结果有何影响 ?
塑料拉伸强度的测定
【实验目的】
(1) 掌握塑料拉伸强度的测定方法。
(2) 学会由被测试材料的应力 -应变曲线判断材料的类型。
【实验原理】
塑料的拉伸性能是塑料力学性能中最重要、最基本的性能之一。几乎所有的塑料都要考
核拉伸性能的各项指标 , 这些指标的高低很大程度地决定该种塑料的使用场合。
拉伸性能的好坏 , 可以通过拉伸试验进行检验。如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服 应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。从这些测试值的高低 , 可对塑料的拉 伸性能作出评价。
拉伸试验测出的应力、应变对应值 , 可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各 项拉伸性能指标值。曲线下方所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。它与材料的强度和韧性 相关。强而韧的材料 , 拉伸破坏能大 , 使用性能也佳。
拉伸试验可为质量控制 , 按技术要求验收或拒收产品。研究、开发与工程设计及其他目
的提供数据。所以说 , 拉伸性能测试是非常重要的一项试验。
（1）定义
1. 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。
2. 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。
3. 拉伸断裂应力——在拉伸应力一应变曲线上 , 断裂时的应力。
4. 拉伸屈服应力——在拉伸应力 -应变曲线上 , 屈服点处的应力。
5. 偏置屈服应力——应力一应变曲线偏离直线性达规定应变百分数 ( 偏置 )
时的应力。
6. 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
始标距之比的百分率。
7. 弹性模量——在比例极限内 , 材料所受应力 ( 拉、压、弯、扭、剪等 ) 与
产生的相应应变之比。
8. 屈服点。应力 -应变曲线上 , 应力不随应变增加的初始点。
9. 应变。材料在应力作用下 , 产生的尺寸变化与原始尺寸之比。
（2）高分子材料应力-应变的五种类型
A. 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. 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
C. 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
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。
E. 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
酸乙二醇醋、尼龙等。
由以上 5 种类型的应力 -应变曲线 , 可以看出不同的高分子材料的断裂过程。
（3）实验试样与设备
a. 试样形状:拉伸试验共有 4 种类型的试样 :
I 型试样 ( 双铲型 ), 见图 2-3；Ⅱ 型试样( 哑铃型 ), 见图 2-4;
Ⅲ型试样 (8 字型 ), 见图 2-5；Ⅳ型试样 ( 长条型 ), 见图 2-6
b. 实验仪器设备。
拉伸机 ( 瑞格尔万能电子拉伸试验机) 、游标卡尺、直尺、千分 尺、记号笔。
c. 拉伸时的速度设定：
塑料属粘弹性材料 , 它的应力松弛过程与变形速率紧密相关 , 应力松弛需要一个时间过当低速拉伸时 , 分子链来得及位移、重排 , 呈现韧性行为。表 现为拉伸强度减小 , 而断裂伸长率增大。高速拉伸时 , 高分子链段的运动跟不上外力作用速 度 , 呈现脆性行为。表现为拉伸强度增大 , 断裂伸长率减小。由于塑料品种繁多 , 不同品种 的塑料对拉伸速度的敏感不同。硬而脆的塑料对拉伸速度比较敏感 , 一般采用较低的拉伸速 度。韧性塑料对拉伸速度的敏感性小 , 一般采用较高的拉伸速度 , 以缩短试验周期 , 提高效率。
拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为 1~500mm/min, 分为 9 种速度
不同品种的塑料可在此范围内选择适合的拉伸速度进行试验。
【实验步骤】
(1) 在试样中间平行部分坐标线 , 示明标距 Go 。
(2) 游标卡尺、千分尺测量标线间试样的厚度和宽度 , 每个试样测量 3 点 , 取算术斗均值。
(3) 试验速度应根据受试材料和试样类型进行选择。
(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 , 且松紧要适宜。防』 试样滑脱或断在夹具内。
(5) 根据材料强度的高低选用不同吨位的试验机 , 使示值在表盘满刻度的 10%~9OP
范围内 , 示值误差应在± 1% 之内。并及时进行校准。
(6) 试祥断裂在中间平行部分之外时 , 此试验作废 , 应另取试样补做。
(7) 记录。
【实验结果计算】
(1) 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 : δt=P⨯10-6 b⋅d
式中： ζt ——拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力 ,MPa;
P ——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 ,m; d ——试样厚度 ,m 。
(2) 断裂伸长率按下式计算 :
εt=G-G0⨯100% G0
式中εt ——断裂伸长率 ,%； Go ——试样原始标距 ,m
G ——试样断裂时标线间距离 ,m ；
(3) 标准偏差值按下式计算
:
S= 式中 S——标准偏差值 ；xi——单个测定值
R——组测定值的算术平均值 ； n ——测定个数。 计算结果以算术平均值表示 , δ t 取 3 位有效数字 ; ε t 、 S 取 2 位有效数字。
【影晌因素】
温度的影响 , 高分子材料的力学性能表现出对温度的依赖性 , 随着温度的升高 , 拉伸强 度降低 , 而断裂伸长率则随温度升高而升高。因此试验要求在规定的温度下进行。
【思考题】
(1) 请说出不同材质的塑料应力一应变曲线有何不同 ? (2) 请说出实验室温度对试样测试结果有何影响 ?