教學情境六

高分子材料性能測試方法第一頁，共三十三頁。6.1 拉伸性能6.2 彎曲性能6.3 壓縮性能6.4 沖擊性能6.5 剪切性能6.6 蠕變和應力相應6.7 硬度6.8 撕裂性能高分子材料的力學性能第二頁，共三十三頁。材料力學性能Thefourtypesofstresses第三頁，共三十三頁。Mechanicalpropertiesofmaterials強度(Strength)：材料在載荷作用下抵抗塑性變形或破壞的最大能力。屈服強度：表示材料發生明顯塑性變形的抗力Ps或σ抗拉強度：σb=Pb/F0

斷裂前單位面積上所承受的最大應力剛度(Stiffness)：外應力作用下材料抵抗彈性變形能力。彈性模量：E＝σ/ε第四頁，共三十三頁。韌性(Ductility)：材料從塑性變形到斷裂全過程中吸收能量的能力。斷裂韌性：KIC塑性(Plasticity)：外力作用下，材料發生不可逆的永久性變形而不破壞的能力。Mechanicalpropertiesofmaterials第五頁，共三十三頁。應力應變強度范疇剛度范疇塑性范疇韌性范疇Mechanicalpropertiesofmaterials第六頁，共三十三頁。一、定義拉伸強度：在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所承受的最大拉伸應力。拉伸應力：試樣在計量標距范圍內，單位初始橫截面上承受的拉伸負荷。拉伸斷裂應力：σｔ－εｔ曲線上斷裂時的應力。拉伸屈服應力：σｔ－εｔ曲線上屈服點處的應力。斷裂伸長率：試樣斷裂時，標線間距離的增加量與初始標距之比。彈性模量：比例極限內，材料所受應力與產生的相應應變之比。屈服點：σｔ－εｔ曲線上σｔ不隨εｔ增加的初始點。應變：材料在應力作用下，產生的尺寸變化與原始尺寸之比。6.1 拉伸性能第七頁，共三十三頁。

二、應力-應變曲線應力－應變曲線：

A：脆性材料；

B：具有屈服點的韌性材料；

C：無屈服點的韌性材料

－拉伸強度；

－拉伸斷裂應力；

－拉伸屈服應力；

－偏置屈服應力；

－拉伸時的應變；

－斷裂時的應變；

－屈服時的應變；

－偏置屈服時的應變第八頁，共三十三頁。高分子應力-應變過程

彈性形變:（開始-Y）應力隨應變正比地增加，直線斜率=楊氏模量E。由高分子的鍵長鍵角變化引起的。

屈服應力：應力在Y點達到極大值，這一點叫屈服點，其應力σy為屈服應力。

強迫高彈形變（大形變）過了Y點應力反而降低，由于此時在大的外力幫助下，玻璃態聚合物本來被凍結的鏈段開始運動，高分子鏈的伸展提供了材料的大的形變。這種運動本質上與橡膠的高彈形變一樣，只不過是在外力作用下發生的，為了與普通的高彈形變相區別，通常稱為強迫高彈形變。這一階段加熱可以恢復。

應變硬化繼續拉伸時，由于分子鏈取向排列，使硬度提高，從而需要更大的力才能形變。

斷裂達到B點時材料斷裂，斷裂時的應力σb即是抗張強度σt；斷裂時的應變εb又稱為斷裂伸長率。直至斷裂，整條曲線所包圍的面積S相當于斷裂功。E越大，說明材料越硬，相反則越軟；σb或σy越大，說材料越強，相反則越弱；εb或S越大，說明材料越韌，相反則越脆。第九頁，共三十三頁。

高分子典型應力－應變曲線I(a)的特點是軟而弱。拉伸強度低，彈性模量小，且伸長率也不大，如溶脹的凝膠等。(b)的特點是硬而脆。拉伸強度和彈性模量較大，斷裂伸長率小，如聚苯乙烯等。第十頁，共三十三頁。(c)的特點是硬而強。拉伸強度和彈性模量大，且有適當的伸長率，如硬聚氯乙烯等。(d)的特點是軟而韌。斷裂伸長率大，拉伸強度也較高，但彈性模量低，如天然橡膠、順丁橡膠等。

高分子典型應力－應變曲線第十一頁，共三十三頁。

高分子典型應力－應變曲線III(e)的特點是硬而韌。彈性模量大、拉伸強度和斷裂伸長率也大，如聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍等第十二頁，共三十三頁。

高分子材料的典型應力-應變特征性能模量屈服應力拉伸強度斷裂伸長軟而弱低低低中等硬而脆高無中等低硬而強高高高中等軟而韌低低中等高硬而韌高高高高高分子材料的典型應力-應變特征第十三頁，共三十三頁。

常用高分子材料的應力-應變曲線第十四頁，共三十三頁。6.1 拉伸性能第十五頁，共三十三頁。第十六頁，共三十三頁。第十七頁，共三十三頁。第十八頁，共三十三頁。三、 拉伸性能測試原理及試樣

參照標準——國標GB/T1040-921.原理拉伸試驗是對試樣延期縱軸方向施加靜態拉伸負荷，使其破壞，通過測量試樣的屈服力、破壞力和試樣標距間的伸長來求得試樣的屈服強度拉伸強度和伸長率。第十九頁，共三十三頁。

拉伸性能低碳鋼鋁合金鑄鐵高分子材料符合材料第二十頁，共三十三頁。第二十一頁，共三十三頁。2.高分子試樣的制備和尺寸要求I

：I型試樣及尺寸圖I型試樣表6-2IIII型試樣尺寸要求第二十二頁，共三十三頁。2.II型試樣及尺寸圖II型試樣表6-2II型試樣尺寸要求第二十三頁，共三十三頁。2. 試樣的制備和尺寸要求III

：III型試樣及尺寸圖III型試樣表6-2IIIIII型試樣尺寸要求第二十四頁，共三十三頁。2. 試樣的制備和尺寸要求IV：IV型試樣及尺寸圖IV型試樣表6-2IVIV型試樣尺寸要求第二十五頁，共三十三頁。2. 試樣的制備和尺寸要求V：塑料材料選擇試樣類型測試速度參考試樣材料類型試樣制備方法最佳厚度mm試驗速度硬質熱塑性塑熱塑性增強塑料Ⅰ注塑模壓4BCDEF硬質熱塑性塑料板熱固性塑料板含層壓板機械加工2ABCDEFG軟質熱塑性塑料及板Ⅱ注塑、模壓板材機械加工和沖切加工2FGHI熱固性塑料(含填充、增強塑料）Ⅲ注塑模壓C熱固性塑料板Ⅳ機械加工BCDA: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%。第二十六頁，共三十三頁。第二十七頁，共三十三頁。3.測量方法即實驗步驟①試樣的狀態調節和試驗環境按國家標準規定。②在試樣中間平行部分做標線，示明標距。③測量試樣中間平行部分的厚度和寬度，精確到0.01mm，II型試樣中間平行部分的寬度，精確到0.05mm，測3點，取算術平均值。④夾具夾持試樣時，要使試樣縱軸與上下夾具中心連線重合，且松緊適宜。⑤選定試驗速度，進行試驗。⑥記錄屈服時負荷，或斷裂負荷及標距間伸長。試樣斷裂在中間平行部分之外時，此試樣作廢，另取試樣補做。第二十八頁，共三十三頁。數據的處理拉伸強度或拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力、偏置屈服應力按下式計算：

σt=F/bd

σt：拉伸強度或拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力等，MPa；

F：最大負荷或斷裂負荷、屈服負荷、偏置屈服負荷，N；

b：試樣寬度，mm；

d：試樣厚度，mm。斷裂伸長率按下式計算：

εｔ=(L-L0)/L0×100%

εｔ：斷裂伸長率，%；L0：試樣原始標距，mm；

L：試樣斷裂時標線間距離，mm。第二十九頁，共三十三頁。電子萬能試驗機四、實驗設備第三十頁，共三十三頁。擺錘式拉力試驗機第三十一頁，共三十三頁。五、影響拉伸性能的因素(1)成型條件：由試樣自身的微觀缺陷和微觀不同性引起(2)溫度和濕度：(3)拉伸速度：塑料屬于粘彈性材料，其應力松弛過程與變形速率緊密相關，需要一個時間過程(4)預處理：材料在加工過程中，由于加熱和冷卻的時間和速度不同，易產生局部應力集中，經過在一定溫度下的熱處理或稱退火處理，可以消除內應力，提高強度(5)材料性質：結晶度、取向、分子量及其分布、交聯度(6)老化:老化后強度明顯下降第三十二頁，共三十三頁。內容總結教學情境六

高分子材料性能測試方法。抗拉強度：σb=Pb/F0斷裂前單位面積上所承受的最大應力。塑性(Plasticity)：外力作用下，材料發生不可逆的永久性變形而不破壞的能力。拉伸強度：在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所承受