高分子材料性能實驗指導書.doc

實驗一 聚合物熱變形溫度、維卡軟化點的測定一、 實驗目的通過實驗測定高聚物維卡軟化點溫度，掌握維卡軟化點溫度測試儀的使用方法和高聚物維卡軟化溫度的測試方法。二、 實驗原理維卡軟化溫度是指一個試樣被置于所規(guī)定的試驗條件下，在一定負載的情況下，一個一定規(guī)格的針穿透試樣1mm深度的溫度。這個方法適用于許多熱塑性材料，并且以此方法可用于鑒別比較熱塑性軟化的性質(zhì)。圖1. 維卡軟化點試驗裝置圖三、 實驗儀器維卡軟化點測試儀主要由浴槽和自動控溫系統(tǒng)兩大部分組成。浴槽內(nèi)又裝有導熱液體、試樣支架、砝碼、指示器、溫度計等構件，其基本結構見圖1。（1） 傳熱液體：一般常用的礦物油有硅油、甘油等，最常用的是硅油。本儀器所用傳熱液體為硅油，它的絕緣性能好，室溫下黏度較低，并使用試樣在升溫時不受影響。（2） 試樣支架：支架是由支撐架、負載、指示器、穿透針桿等組成。都是用同樣膨脹系數(shù)的材料制成。（3） 穿透針：常用的針有兩種，一種是直徑為1 -0。02mm +0.05mm的設有毛邊的圓形平頭針，另一種為正方形平頭針。（4） 砝碼和指示器：常用的砝碼有兩種，1kg和5kg；指示器為一百分表，精確度可達0.02mm。（5） 溫度計：溫度計測溫精確度可達0.5,使用范圍為0360。（6） 等速升溫控制器：采用鉑電阻作感溫元件與可變電壓器、恒速電動機構組成。作不定時等速運動來調(diào)整可變電位器的阻值，以達到自動平衡（可變電位器調(diào)整阻值的變化即為鉑電阻受熱后的阻值），電橋輸出信號經(jīng)晶體管放大輸出脈沖，推動可控管工作，并控制了加熱器工作時間，以（50.5）/6min的速度來提高浴槽溫度。（7） 加熱器：一個1000W功率的電爐絲直接加熱傳熱液體。四、 試樣與測試條件（1） 試樣：所用的每種材料的試樣最少要有2個。一般試樣的厚度必須大于3mm，面積必須大于10mm10mm 。（2） 測試條件：保持連續(xù)升溫速度為（50.5）/min，并且穿透針必須垂直地壓入試樣，壓入載荷為5kg。它是砝碼和加力桿等的總和。即相應負荷分別為9.81N和49.05N。五、 實驗步驟（1） 選試樣：試樣可注射成型。成型后使用選取厚度大于3mm，寬和長大于10mm10mm的試樣，并要求試樣表面平整，沒有裂紋，沒有氣泡。（2） 安放試樣：在室溫下將試樣支架從浴槽內(nèi)拉出固定在浴槽上面，把試樣放在下近似中心的位置，使針近似地靠近試樣表面（沒有加載）并固定好，然后將溫度計插入支架上兩側孔內(nèi)，使其球部盡量地接近試樣并固定好。（3） 調(diào)整指示器：試樣安裝好后就將試樣支架輕輕地放進浴槽，然后加載調(diào)整穿透指示器到零位。（4） 加熱液體：指示器調(diào)整零位后開始升溫，調(diào)整自動控溫部分，升溫速度為50/h（參看附錄中儀器的操作規(guī)程），同時開啟攪拌，保持槽內(nèi)溫度均勻。（5） 記錄：必須仔細地作穿透1mm深度時的溫度記錄。由于當穿透1mm后，從這點開始穿透深度會迅速地增加，因此要求每上升5讀一次穿透深度，直到穿透0.4mm后在每間隔50記錄一次。（6） 試驗結果所得兩個試樣間的差別高于2，則必須做重復試驗。六、 數(shù)據(jù)處理（1） 將實驗記錄在下表中。 數(shù)據(jù)記錄試樣編號試樣尺寸/mm標準升溫速度5/min備注a b c123注：、分別表示試件的長、寬、高.（2） 結果分析。七、 思考題（1） 影響維卡軟化點溫度測試結果的因素有哪些？（2） 升溫速度過快或過慢對試驗結果有何影響，為什么？實驗二 高分子材料的氧指數(shù)測定大部分的塑料耐燃性非常不好，通火極易燃燒。評定塑料燃燒性可用燃燒速度和氧指數(shù)來表示。燃燒速度是用水平燃燒法或垂直燃燒法等測得的。本實驗采用氧指數(shù)測定塑料燃燒性，此法可精確地用具體數(shù)字來評價塑料的點燃性。一.實驗目的1.熟悉氧指數(shù)儀的組成、構造。2.掌握氧指數(shù)儀的工作原理及使用方法；3.測定塑料的燃燒性，并計算氧指數(shù)。二.實驗原理氧指數(shù)測定塑料燃燒性是指在規(guī)定的試驗條件下（232），在氧、氮混合氣流中，測定剛好維持試樣燃燒所需的最低氧濃度，并用混合氣中氧含量的體積百分數(shù)表示。氧指數(shù)儀試驗裝置見圖2-1。主要組成部分有燃燒筒、試驗夾、流量測量和控制系統(tǒng)，其他輔助配有氣源、點火器、排煙系統(tǒng)、計時裝置等。（1） 燃燒筒：燃燒筒是內(nèi)徑為7080mm，高450mm的耐熱玻璃管。筒的下部用直徑3-5mm的玻璃珠填充，填充高度100mm。在玻璃珠上方有一金屬網(wǎng)，以遮擋塑料燃燒時的滴落物。（2） 試樣夾：在燃燒筒軸心位置上垂直地夾住試樣構件。（3） 流量測量和控制系統(tǒng)：由壓力表、穩(wěn)壓閥、調(diào)節(jié)閥、管路和轉(zhuǎn)子流量計等組成。計算后的氧、氮氣體經(jīng)混合氣室混合后由燃燒筒底部的進氣口進入燃燒筒。（4） 點火器：由裝有丁烷的小容器瓶、氣閥和內(nèi)徑為1mm的金屬導管噴嘴組成。當噴嘴處氣體點著時其火焰高度為6-25mm，金屬導管能從燃燒筒上方伸入筒內(nèi)，以點燃試樣。點燃筒內(nèi)的試樣可采用頂端點燃法，也可采用擴散點燃法。圖2-1 氧指數(shù)實驗裝置圖1燃燒筒；2試樣夾；3點火器；4試樣夾；5放玻璃球的燃燒筒；6底座；7三通；8氣體混合器；9壓力表；10穩(wěn)壓閥；11轉(zhuǎn)子流量計；12調(diào)節(jié)閥；13燃燒著的試樣。頂端點燃法。使火焰的最低可見部分接觸試樣頂端并覆蓋整個頂表面，勿使火焰碰到試樣的棱邊和側表面。在確認試樣頂端全部著火后，立即，開始計時或觀察試樣燒掉的長度。點燃試樣時，火焰作用時間最長為30s，若在30s內(nèi)不能點燃，則應增大氧濃度，繼續(xù)點燃，直至30s內(nèi)點燃為止。 擴散點燃法。 充分降低和移動點火器，使火焰可見部分施加于試樣頂表面，同時施加于垂直側表面約6mm長。點燃試樣時，火焰作用時間最長為30s，每隔5s左右稍移開點火器觀察試樣，直至垂直側表面穩(wěn)定燃燒或可見燃燒部分的前鋒到達上標線處，立即移動點火器，開始計時或觀察試樣。若30s內(nèi)不能點燃試樣，則增大氧濃度，再次點燃，直至30s內(nèi)點燃為止。擴散點燃法也適用于I、II、III、IV型試樣，標線應劃在距點燃端10mm和60mm處。注：點燃試樣是指引試樣有焰燃燒，不同點燃方法的試驗結果不可比。 燃燒部分包括任何沿試樣表面淌下的燃燒滴落物。氧指數(shù)法測定塑料燃燒行為的評價準則見表3-1。表3-1 燃燒行為的評價準則試樣型式點燃方式評價準則（兩者取一）燃燒時間/s燃燒長度I、II、III、IV頂端點燃法180燃燒前超過上標線I、II、III、IV擴散點燃法180燃燒前超過下標線V擴散點燃法180燃燒前超過下標線三.實驗儀器和試樣實驗儀器：HC-2型氧指數(shù)測定儀。試樣：試樣類型、尺寸見表3-2。表32 試樣類型和尺寸類型型式長/mm寬/mm厚/mm用 途基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差I80150100.540.25用于模數(shù)材料II100.5用于泡沫材料III10.5用于原厚的片材IV701506.530.25用于電器用模數(shù)材料和片材V14055210.5用于軟片和薄膜等注：1.不同型式不同厚度的試樣，測試結果不可比。2.由于該項試驗需反復預測氣體的比例和流速，預測燃燒時間和燃燒長度，影響測試結果的因素比較多，因此每組試樣必須準備多個（10個以上），并且尺寸規(guī)格要統(tǒng)一，內(nèi)在質(zhì)量密實度、均勻度特別要一致。3.試樣表面清潔，無影響燃燒行為的缺陷，如應平整光滑、無氣泡、飛邊、毛刺等。4.對I、II、III、IV型試樣，標線劃在距點燃端50mm處，對V型試樣，標線劃在框架上或劃在距點燃端20mm和100mm處（圖2-2）。圖2-2.支撐非支撐試樣的框架結構1-上參照標記；2-下參照標記四.實驗步驟（1）在試樣的寬面上距點火端50mm處劃一標線。（2）取下燃燒筒的玻璃管，將試樣垂直地裝在試樣夾上，裝上玻璃管，要求試樣的上端至筒頂?shù)木嚯x不少于100mm。如果不符合這一尺寸，應調(diào)節(jié)試樣的長度，玻璃管的高度是定值。（3）根據(jù)經(jīng)驗或試樣在空氣中點燃的情況，估計開始時的氧濃度值。對于在空氣中迅速燃燒的試樣，氧指數(shù)可估計為18%以上；對于在空氣中不著火的，估計氧指數(shù)在25%以上。（4）打開氧氣瓶和氮氣瓶，氣體通過穩(wěn)壓閥減壓到儀器的允許壓力范圍。（5）分別調(diào)節(jié)氧氣和氮氣的流量閥，使流入燃燒筒內(nèi)的氧、氮混合氣體達到預計的氧濃度，并保證燃燒筒中的氣體的流速為（41）cm/s。（6）讓調(diào)節(jié)的氣體流動30s，以清洗燃燒筒。然后用點火器點燃試樣的頂部，在確認試樣頂部全部著火后，移去點火器，立即開始，并觀察試樣的燃燒情況。（7）若試樣（50mm長）燃燒時間超過3min或火焰步伐超過標線時，就降低氧濃度。若不是則增加氧濃度，如此反復，直到所得的氧濃度之差小于0.5%，即可按該時的氧濃度計算材料的氧指數(shù)。六. 實驗數(shù)據(jù)處理（1）按下式計算氧指數(shù)OI:式中：O2為氧氣的流量，L/min；N2為氮氣流量，L/min。（2）以三次試驗結果的算術平均值作為該材料的氧指數(shù)，有效數(shù)字保留到小數(shù)點一位。七.實驗注意事項1.試樣制作要精細、準確，表面平整、光滑。2.氧、氮氣流量調(diào)節(jié)要得當，壓力表指示處于正常位置，禁止使用過高氣壓，以防損壞設備。3.流量計、玻璃筒為易碎品，實驗中謹防打碎。八、思考題（1）敘述氧指數(shù)測定原理。（2） 定性說明影響氧指數(shù)的因素。（3）什么叫氧指數(shù)值？如何用氧指數(shù)值評價材料的燃燒性能？（4）HC-2型氧指數(shù)測定儀適用于哪些材料性能的測定？如何提高實驗數(shù)據(jù)的測試精度？實驗三 不同各類高分子材料硬度的測定一、實驗目的1. 了解塑料硬度與材料力學性質(zhì)的關系；2. 了解利用壓入法測定硬度的基本原理及應用；3 掌握塑料洛氏硬度的測定。二、基本原理硬度是指衡量材料表面抵抗壓力的一種指標，硬度值的大小與材料的抗張強度和彈性模量有關。硬度試驗的方法很多，加荷方式有動載法和靜載法兩類，前者用彈性回跳法和沖擊力把鋼球壓入試樣，后者則以一定形狀的硬材料為壓頭，平穩(wěn)地逐漸加荷將壓荷壓入試樣。不同和計算方法差異又有布氏、洛氏和肖氏等名稱。塑料洛氏硬度試驗法是用一定的直徑的球壓頭，在初試驗力P0和主試驗力P1先后作用下壓入試件，在總試驗力P作用下，保持一定的時間，卸除主試驗力，保留初試驗力的壓入深度h1與在初試驗力作用下的壓入深度h0之差e來表示壓痕深度的永久增量，每壓入0.002mm為一塑料洛氏硬度單位。塑料洛氏硬度試驗公式：HRE(L、M、R) 130e/0.002二、實驗儀器本實驗采用XHR-150型塑料洛氏硬度計，裝有自動加卸試驗力機構，可調(diào)節(jié)總試驗力保持時間的電位器，試驗力變換由荷手輪的旋轉(zhuǎn)而獲得。儀器主要結構圖見圖31。塑料洛氏硬度試驗標尺、壓頭、試驗力及應用范圍見表31。圖 31 XHR-150型塑料洛氏硬度計結構圖1. 照明燈 2.上蓋 3. 后蓋 4. 表盤 5. 壓頭止緊螺釘 6. 球壓頭7. 試臺 8. 螺桿保護罩 9. 旋輪 10. 啟動按鈕 11. 電源插座12. 電位器 13. 保險絲座 14. 船形開關 15. 變荷手輪表31. 塑料洛氏硬度試驗標尺標尺球壓頭初試驗力（N）總試驗力（N）應用范圍HRE3.175mm（1/8英寸）98.07980.7硬塑料、硬橡膠、鋁、錫、銅、軟鋼、合成樹脂及摩擦材料等。HRL6.35mm（1/4英寸）588.4HRM6.35mm（1/4英寸）980.7HRR12.7mm（1/2英寸）588.4四、試驗方法1. 試件要求（1）試件表面應平整光潔不得有污物、氧化皮、凹陷及顯著加工痕跡。（2）試件的厚度應不小于6mm，試件應大小應保證在同一表面進行5個點的測試，每個測試點中心距離及邊緣距離不小于10mm。2. 實驗步驟（1）接通電流，打開船形開關，指示照明燈亮。（2）根據(jù)被測試件的材料的軟硬程度按表31選擇標尺，順時針轉(zhuǎn)動變荷手輪，確定總試驗力。（3）裝好壓球頭，將試件置于試臺上。（4）順時針轉(zhuǎn)動旋輪，使試件緩慢無沖擊地與壓頭接觸，施加初試驗力。（5）按啟動按扭，自動加主試驗力。（6）總試驗力保持時間到？，自動卸除主試驗力。（7）蜂鳴器響，立即讀取長指針指向的數(shù)值。（8）反向旋轉(zhuǎn)升降螺桿手柄，使試臺下降，更換測試點，重復上述操作。五、數(shù)據(jù)處理塑料洛氏硬度值的讀取，應分別記錄加主試驗力后長指針通過點的次數(shù)及卸除主試驗力后長指針通過點的次數(shù)并相減，按下面方法讀取硬度值：（1） 差數(shù)是零，標尺讀數(shù)加100為硬度值。（2） 差數(shù)是1，標尺讀數(shù)為硬度值。（3） 差數(shù)是2，標尺讀數(shù)減100為硬度值。在每個試件上的測試點不少于五點（第一點不算），對大批量零件檢驗測試點可適當減少。六、思考題1.塑料硬度的測定主要有哪幾種方法？試比較其不同之處。2.試闡述塑料洛氏硬度測定的原理。實驗四 高分子材料拉伸性能測試一、 實驗目的1、 熟悉電子拉力機的原理及使用方法。2、 測定并繪制聚合物的拉伸應力-應變曲線，測定并計算其屈服強度、拉伸強度、斷裂強度和斷裂伸長率各種拉伸力學性能。3、 觀察不同聚合物的拉伸特性；了解測試條件對測試結果的影響。二、 實驗原理拉伸性能是聚合物力學性能中最重要、最基本的性能之一。拉伸性能的好壞，可以通過拉伸試驗來檢驗。拉伸實驗是在規(guī)定的試驗、濕度和速度條件下，對標準試樣沿縱軸方向施加靜態(tài)拉伸負荷，直到試樣被拉斷為止。用于聚合物應力-應變曲線測定的電子拉力機是將試樣上施加的載荷形變通過壓力傳感器和形變測量裝置轉(zhuǎn)變成電信號記錄下來，經(jīng)計算機處理后，測繪出試樣在拉伸變形過程中的拉伸應力應變曲線。從應力應變曲線上可得到材料的各項拉伸性能指標值：如拉伸強度、拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力、偏置屈服應力、拉伸彈性模量、斷裂伸長率等。通過拉伸試驗提供的數(shù)據(jù)，可對高分子材料的拉伸性能做出評價，從而為質(zhì)量控制，按技術要求驗收或拒收產(chǎn)品，研究、開發(fā)與工程設計及其它項目提供參考。應力應變曲線一般分為兩個部分：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)。在彈性變形區(qū)域，材料發(fā)生可完全恢復的彈性變行，應力和應變呈線性關系，符合虎克定律。在塑性變形區(qū)域，形變是不可逆的塑性變形，應力和應變增加不再呈正比關系，最后出現(xiàn)斷裂。不同高分子材料、不同的測定條件，分別呈現(xiàn)不同的應力應變行為。根據(jù)應力應變曲線的形狀，目前大致可歸納成五種類型，如圖41所示。（1）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。（2）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。（3）硬而強 拉伸強度和彈性模量較大，且具有適當?shù)纳扉L率，如硬聚氯乙烯等。（4）軟而韌 斷裂伸長率大，拉伸模量也較大，但彈性模量低，如天然橡膠、順丁橡膠等。（5）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。以上5種類型的應力應變曲線，可以看出不同聚合物的斷裂過程。圖 41 聚合物的拉伸應力應變曲線類型影響聚合物拉伸強度的因素有：（1） 高聚物的結構和組成 聚合物的相對分子質(zhì)量及其分布、取代基、交聯(lián)、結晶和取向是決定其機械強度的主要內(nèi)在因素：通過在聚合物中添加填料，采用共聚和共混方式來改變高聚物的組成可以達到提高聚合物的拉伸強度的目的。（2） 實驗狀態(tài) 拉伸實驗是用標準形狀的試樣，在規(guī)定的標準化狀態(tài)下測定聚合物的拉伸性能。標準化狀態(tài)包括：試樣制備、狀態(tài)調(diào)節(jié)、實驗環(huán)境和實驗條件等。這些因素都將直接影響實驗結果?，F(xiàn)僅就試樣制備、拉伸速度、溫度的影響闡述如下。A. 在試樣制備過程中，由于混料及塑化不均，引進微小氣泡或各種雜質(zhì)，在加工過程中留下來的各種痕跡如裂縫、結構不均勻的細紋、凹陷、真空泡等，這些缺陷都會使材料的強度降低。B. 拉伸速度和環(huán)境溫度對拉伸強度有著非常重要的影響。塑料屬于粘彈性材料，其應力松弛過程對拉伸速度和環(huán)境溫度非常敏感。當?shù)退倮鞎r，分子鏈來得及位移重排，呈現(xiàn)韌性行為，表現(xiàn)為拉伸強度減小，而斷裂伸長率增大。高速拉伸時，高分子鏈段的運動跟不上外力作用速度，呈現(xiàn)脆性行為，表現(xiàn)為拉伸強度增大，斷裂伸長率減小。由于聚合物品種繁多，不同的聚合物對拉伸速度的敏感不同。硬而脆的聚合物對拉伸速度比較敏感，一般采用較低的拉伸速度。韌性塑料對拉伸速度的敏感性小，一般采用較高的拉伸速度，以縮短實驗周期，提高效率。不同品種的聚合物可根據(jù)國家規(guī)定的試驗速度范圍選擇合適的拉伸速進行實驗（GN/T10401992）. 高分子材料的力學性能表現(xiàn)出對溫度的依賴性，隨著溫度的升高，拉伸強度降低，而斷裂伸長則隨著溫度的升高而增大。因此，試樣要求在規(guī)定的溫度下進行。一些重要的聚合物材料的拉伸強度和斷裂伸長率如表41所示。表41聚合物拉伸強度和斷裂伸長率三、儀器與樣品1. 儀器（1） 拉力試驗機 任何能滿足試驗要求的具有多種拉伸速率的拉力試驗機均可使用。如CMT系列微機控制電子拉力試驗機，基本結構如圖42所示。（2） 游標卡尺。圖42 微機控制電子拉力試驗機2. 試樣拉伸實驗共有4種類型的試樣：I性試樣（雙鏟型）；II型試樣（啞鈴型）；8字型試樣；長條型試樣。不同的材料優(yōu)選的試樣類型及相關條件及試樣的類型尺寸參照GB/T10401992執(zhí)行。本次實驗材料為聚丙烯（PP），試樣（如圖43所示），每組試樣不少于5個，尺寸及公差參照表42，是由多型腔模具注射成型獲得的。試樣要求表面平整，無氣泡、裂紋、分層、傷痕等缺陷。圖 43 I 型試樣表 42 I型試樣尺寸及公差四、準備工作（1） 試樣的制備和外觀檢查，按GB1039-1992規(guī)定進行；試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)和實驗環(huán)境按GB2918規(guī)定執(zhí)行。（2）試樣編號測量試樣工作部分的寬度和厚度精確至0.01mm每個試樣測量三點取算術平均值。（4）在試樣中間平行部分做標線標明標距G0，此標線對測試結果不應有影響。（5）熟悉電子拉力實驗機的結構，操作規(guī)程和注意事項。五、實驗步驟（1）開機：試驗機打印機計算機。、（2）進入試驗軟件，選擇好聯(lián)機方向，選擇正確的通訊口，選擇對應的傳感器及引伸儀后聯(lián)機；（3）檢查夾具，根據(jù)實際情況（主要是試樣的長度及夾具的間距）設置好限位裝置；在試驗軟件內(nèi)選擇相應的試驗方案，進入試驗窗口，輸入“用戶參數(shù)”；（4）夾持試樣，夾具夾持試樣時，要使試樣縱軸與上、下夾具中心線相重合，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫或斷在夾具內(nèi)；（5）點擊“運行”，開始自動試驗；（6）試片拉斷后，打開夾具取出試片；（7）重復36步驟，進行其余樣條的測試。若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；（8）試驗自動結束后，軟件顯示試驗結果；點擊“用戶報告”，打印試驗報告。六、數(shù)據(jù)處理（1） 拉伸強度或拉伸斷裂應力或拉伸屈服應力（MPa）式中: P-最大負荷或斷裂負荷或屈服負荷，N；b-試樣工作部分寬度，mm；d-試樣工作部分厚度，mm。各應力值在拉伸應力應變曲線上的位置如圖44所示。（2） 斷裂伸長率t（）：式中: L-最試樣原始距離，mm；L0-試樣斷裂時標線間距離，mm。計算結果以算術平均值表示，t取三位有效數(shù)值，t取二位有效數(shù)值。七、 注意事項微機控制電子拉力試驗機屬精密設備，在操作材料試驗機時，務必遵守操作規(guī)程，精力集中，認真負責。（1） 每次設備開機前后要預熱10min，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，才可以進行試驗工作；如果剛關機，需要再次開機，至少保證1min的間隔時間。任何時候都不能帶電插拔電源線和信號線，否則很容易電氣控制部分。（2） 試驗開始前，一定要調(diào)整好限位檔圈，以免操作失誤損壞力值傳感器。（3） 試驗過程中，不能遠離試驗機。（4） 試驗過程中，除停止鍵和急停開關外，不要按控制盒上的其他按鍵，否則會影響試驗。（5） 試驗結束后，一定要關閉所有電源。八、思考題（1） 對于拉伸試樣，如何使拉伸實驗斷裂在有效部分？分析試樣斷裂在標線外的原因。（2） 改變實驗的拉伸速度會對測試結果產(chǎn)生什么影響？（3）同樣的PP材料，為什么測定的拉伸性能（強度、斷裂伸長率、模量）有差異？（4）試比較橡膠、塑料在應力應變曲線中的不同？實驗五 高分子材料沖擊性能的測定一、實驗目的（1）了解簡支梁沖擊試驗機基本結構原理；（2）熟悉簡支梁沖擊性試驗機的基本操作；（3）掌握實驗結果處理方法，了解測試條件對測定結果的影響。二、實驗原理材料力學性能是指在載荷（外力）作用下或載荷與環(huán)境因素（溫度、介質(zhì)和加載速率）聯(lián)合作用下所表現(xiàn)的行為。強度、硬度、塑性、韌性都屬于材料的力學性能。材料的力學性能決定于材料的化學成分、組織結構等內(nèi)在的因素，但外在因素，如載荷性質(zhì)（靜載荷、沖擊載荷、交變載荷）應力狀態(tài)（拉、壓、彎曲、剪切等）、溫度、環(huán)境介質(zhì)等對材料力學性能也有很大的影響。沖擊強度由材料突然受到?jīng)_擊而斷裂時，每單位橫截面積上材料所吸收的能量去度量。它反映材料耐沖擊作用的能力，是一個度量材料韌性的指標。沖擊強度小，材料較脆。目前我國國家標準規(guī)定的塑料沖擊實驗方法是擺錘法。實驗時，將標準長條試樣放在簡支梁沖擊機規(guī)定的位置上（如圖51）然后使擺錘自由下落，沖擊試樣中部，沖斷時所須消耗的功（即指針在校正過的標尺上的讀數(shù)）除以沖擊面積，就得到單位面積上材料的抗沖擊功，即為沖擊強度。 圖51三、儀器和試樣1. XJJ-5簡支梁沖擊試驗機技術參數(shù)1.1 擺錘能量、擺錘力矩、標度盤最小分度值表表51。表51擺錘能量0.5J1J2J4J5J擺錘力矩0.258Nm0.516Nm1.031Nm2.062Nm2.578Nm標度盤最小分度值0.005J0.01J0.02J0.04J0.05J1.2 沖擊速度，2.9m/s1.3 擺錘預楊角1601.4 擺軸中心到試樣中心的距離221mm1.5 鉗口圓角半徑1mm1.6 沖擊刀刃夾角301.7 沖擊刀刃圓角半徑2mm1.8 試樣類型、尺寸、支撐線距離如表52。（單位：mm）表52試樣類型長度L寬度b厚度d支撐線間距離1802100.540.260250160.240.24031202150.5100.57041202130.530.5952. 塑料試樣四、實驗步驟1. 試驗機的機構簡圖如圖52所示。2. 根據(jù)試樣破壞時所需能量選擇擺錘，使試樣斷裂時所消耗的能量在所選擺錘總能量1085的范圍內(nèi)。沖擊擺的安裝方法是將圖52中壓蓋螺釘11拆下，把上連接套12安裝在白軸8上，使壓蓋與上連套對齊，并用螺釘11再螺釘擰緊。圖52 XJJ505簡支梁沖擊試驗機結構簡圖1. 固定支座 ； 2. 螺釘； 3. 活動支座；4. 支承刀刃； 5. 被動指針； 6. 主動指針； 7. 緊固螺母；8. 擺軸；9. 手柄； 10. 掛鉤； 11. 螺釘； 12. 上連接套；13. 擺桿； 14. 調(diào)整套； 15. 擺體； 16.刀刃； 17.水準泡3. 根據(jù)試樣尺寸選擇活動支座3，如圖53所示?；顒又ёx好后，按照圖54所示，調(diào)整去承刀刃之間的跨距，方法是：松開圖52中的螺釘2，將適合所用試樣的對中樣板平放在活動支座3的水平面上，使對中樣板兩側面和支承刀刃4接觸，擺錘刀刃對正對中樣板的V型缺口，而后擰緊螺釘2。如果使用帶缺口的試樣，可借助游標卡尺試樣缺口處于兩支承刀刃中間。4. 試樣放好之后即可進行沖擊試驗，如圖52所示，托起擺錘，使掛鉤10鉤住調(diào)整套14，擺錘楊起了160，將被動指針5撥到最大能量處，搬動手柄9，即可實現(xiàn)沖擊。沖斷試樣后，被動指針5被主動指針6帶到某一位置，其指針尖所指的度盤刻度即為該試樣所消耗的沖擊能量。5. 實驗數(shù)據(jù)處理按國家標準GB-T1043-93硬質(zhì)塑料簡支梁沖擊實驗方法有關條款置信。或參考如公式進行計算：沖擊強度A/bd（公斤.厘米/厘米2）式中：A為沖斷試樣所消耗的功（公斤.厘米）；b為試樣寬度（厘米）d為試樣的厚度（厘米）（帶缺口的試樣，d為缺口處的剩余厚度）6. 對于XJJ5試驗機1J、2J、4J、5J幾種能量只有一把擺錘，不加砝碼時沖擊能量為1J，7. 當上下兩孔內(nèi)加上砝碼及圓螺母時，其沖擊能量分別為2J、4J、5J。五、思考題1. 試驗機安裝場地周圍如果有振動現(xiàn)象發(fā)生對試驗結果有何影響？2. 測定沖擊強度時，是否需要把試樣夾??？為什么？六、實驗結果處理根據(jù)實驗數(shù)據(jù)寫出實驗報告。圖53 簡支梁沖擊鉗口號圖54 簡支梁沖擊鉗口跨距調(diào)整圖1. 擺錘刀刃 2. 對中樣板 3. 活動支座附：實驗報告及記錄班級： 姓名： 學號： 同組實驗者： 實驗日期指導老師簽字： 評分：（實驗過程中，認真記錄并填寫本實驗數(shù)據(jù)，實驗結束后，送交指導老師簽字）一、 實驗數(shù)據(jù)記錄（1） 試樣原材料名稱：（2） 試樣類型：（3） 試樣尺寸：（4） 試樣制備方法：（5） 試樣的取樣方向：（6） 有無缺口：（7） 缺口類型：（8） 試樣缺口加工方法：（9） 擺錘公稱能量：（10） 沖擊方向（懸臂梁）：（11） 實驗溫度：（12） 實驗濕度：（13） 儀器型號：二、 數(shù)據(jù)處理1. 簡支梁沖擊實驗試樣項目無缺口試樣12345試樣寬度b（mm）試樣厚度d（mm）試樣吸收沖擊能量A(J)沖擊強度（kJ/m2）沖擊強度平均（kJ/m2）試樣項目缺口試樣12345試樣寬度b（mm）試樣厚度d（mm）試樣吸收沖擊能量A(J)沖擊強度（kJ/m2）沖擊強度平均（kJ/m2）2. 懸臂梁沖擊實驗試樣項目無缺口試樣12345試樣寬度b（mm）試樣厚度h（mm）試樣吸收沖擊能量Wiu(J)沖擊強度iu（kJ/m2）沖擊強度iu平均值（kJ/m2）試樣項目缺口試樣12345試樣缺口處剩余寬度bN（mm）試樣厚度h（mm）試樣吸收沖擊能量WiN(J)沖擊強度iN（kJ/m2）沖擊強度iN平均（kJ/m2）實驗六 漆膜柔韌性及沖擊強度的測定一、 實驗目的利用油漆漆膜在不同的直徑（毫米）的軸棒上彎曲以測定漆膜的柔韌性；利用重物從高處落下沖擊漆膜，以測定漆膜的沖擊強度。二、 實驗原理1. 涂料漆膜柔韌性的測定利用漆膜彈性試驗器，將油漆漆膜涂于金屬板上，在不同的直徑（毫米）的軸板上彎曲，觀察漆膜的裂紋及剝落現(xiàn)象，以測定漆膜的柔韌性。2. 漆膜沖擊強度的測定儀器QCJ型漆膜沖擊器，利用重物從高處落下沖擊漆膜，以測定沖擊強度，觀察試樣板上漆膜試驗情況，以1公斤重錘沖擊漆膜而不致引起損壞的最大高度（以厘米表示）來表示沖擊強度。QCJ型漆膜沖擊器工作原理，由控制器螺釘將重錘固定在所要求的高度上，其高度由定位標上可讀出，按壓控制螺釘則控制器彈簧被壓縮，這時控制滑塊的圓孔與控制器上蓋及控制器下底的圓孔對正掛鉤，使所聯(lián)結的重錘落下，撞擊沖桿，沖桿向下作用的事先放在枕墊塊上的試樣板上，之后提升重錘體取出試驗過的樣板上器膜試驗情況。三、實驗儀器、試樣1. QTX型器膜彈性試驗器（GB1731-79）2. 鐵板、砂布或金鋼砂紙0號、松香水3. 放大鏡4. QCJ型漆膜沖擊器5. 樣板（按產(chǎn)品標準規(guī)格制備）四、實驗步驟1. 柔韌性的測定（1） 用砂布或金鋼砂紙0號打磨樣板，并用松香水試凈，在鐵板上按樣板制備法，或按試驗的產(chǎn)品標準涂以油漆。（2）待漆膜干燥后，或按產(chǎn)品標準的規(guī)定時間，將樣板壓緊于15毫米直徑的軸棒上，漆膜朝上，繞軸棒彎曲180，左右各90，進行彎曲的時間的23秒鐘。（3）如果漆膜在彎曲以后用四倍放大鏡觀察，不產(chǎn)生裂紋及無剝落現(xiàn)象，即順序在10、5、4、3、2、1毫米的各軸棒上進行彎曲和觀察。在進行試驗過程中，最后用4倍放大鏡觀察漆膜不發(fā)生裂紋和剝落現(xiàn)象時，所通過最小直徑的軸棒即為柔韌性或彈性指標。一般測定時，可以直接在產(chǎn)品標準規(guī)定的軸棒上進行彎曲、測定是否合格。漆膜的柔韌性或彈性可以用軸棒直徑的毫米表示之。2. 沖擊強度的測定（1）按照產(chǎn)品標準所規(guī)定制備樣板（2）把制備妥的樣板放在枕墊塊上緊貼于枕墊凹孔上，漆膜朝上，并使受沖擊點距樣板邊緣不小于15毫米，或在樣板中間地方。若使用一個樣板做數(shù)次實驗時，應使每個沖擊點邊緣相距不少于15毫米。（3）按照產(chǎn)品標準中的規(guī)定，借控制螺釘固定好高度，按壓控制螺釘，重錘即自由地落在沖桿4上，沖桿將沖擊力傳給枕墊塊上的樣塊。將重錘提升起，取出樣板用四倍放大鏡或目力觀察（如果標準允許用目力觀察），當漆膜沒有裂紋、皺紋和剝落現(xiàn)象時，可增大重錘落下高度，繼續(xù)進行漆膜耐沖擊強度的測定，直至漆膜破壞或能經(jīng)受50厘米高度之重錘沖擊為止。每次試驗都應在樣板上新的部位進行。根據(jù)漆膜堅牢程度，每次重復試驗時增大重錘投放高度210厘米。（4）漆膜沖擊強度以1公斤重錘沖擊漆膜而不致使其引起損壞的最大高度以厘米表示之。假如在產(chǎn)品標準中已指出漆膜沖擊強度大小，則試驗時重錘可直接從規(guī)定高度落下。（5）兩次測定值之差應在1厘米范圍之內(nèi)。（6）在空氣溫度251和相對濕度70以下條件進行試驗。五、參考文獻1. 漆膜彈性試驗器說明書2. QCJ型漆膜沖擊器說明書六、思考與討論1. 試討論影響測定柔韌性過程中的諸因素。2. 測沖擊強度時，應注意哪些問題？實驗七 透明塑料透光率和霧度的測定的測試一、 實驗目的（1） 了解積分球式霧度計的基本結構和基本原理；（2） 掌握測定板狀、片狀、薄膜狀透明塑料的透光率和霧度方法。二、實驗原理透光率和霧度是透明材料兩項十分重要的指標，如航空有機玻璃要求透光率大于90，霧度小于2。一般來說，透光率高材料，霧度值低，反之亦然，但不完全如此。有些材料透光率高，霧度值卻很大，如毛玻璃。所以透光率與霧度值是兩個獨立的指標。透光率是以透光率透過材料的光通量與入射的光通量之比的百分數(shù)表示，通常是標準“C”光源一束平行光垂直照射薄膜、片狀、板狀透明或半透明材料，透過材料的光通量T2與照射到透明材料入射光通量T1之比的百分率。霧度又稱濁度，是透明，是材料內(nèi)部或表面由于光散射造成的云霧狀或混濁的外觀，以散射光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示。它是通過測量無試樣時入射光通量T1與儀器造成的散光通量T3，有試樣時通過試樣的光通量T2與散射光通量T4來計算霧度值，即測試中，T1、T2、T3、T4都是測量相對值，無入射時，接受光通量為0，當無試樣時，入射光全部透過，接受的光通量為100，即為T1；此時再用光陷阱將平行光吸收掉，接受到的光通量為儀器的散射光通量T3；若放置試樣，儀器接受透過的光通量之和T4。因此根據(jù)T1、T2、T3、T4的值可計算透光率和霧度值。三、實驗儀器及試樣試樣：PMMA、PC、 PS、 PVC材料的板、片、膜；尺寸50mm50mm，原厚度；每組試樣5個試樣；試樣應均勻，不應有氣泡，兩側量表面平整光滑且平行，無劃傷，無異物和油污等。儀器：游標卡尺（精確度0.05mm），測厚儀或千分表（精確度0.001mm），積分球式霧度計。積分球式霧度計的原理結構示意圖見圖71。圖71 積分球式霧度計原理圖1陷阱； 2標準板； 3積分球；4試樣架；5光電池；6控制線路；7檢流計；8光源；穩(wěn)壓器L1，L2，L3透鏡；C-F濾光器（1） 積分球。用于收集透過的光通量。只要出入窗口的總面積不超過積分球內(nèi)放射表面積的4，任何直徑的球均可適用。（2） 出口窗和入門窗的中心在球的同一最大圓上，兩者的中心構成的角度在170以上，光電池置于與入口窗中心和球心成9010的球面上。出口窗的直徑與入口窗的中心構成角度在8以內(nèi)。（3） 反射面。積分球內(nèi)表面、擋板和反射標準板，應該具有基本相同的反射率。在整個可見光波長區(qū)具有高反射率和無光澤。（4） 聚光透鏡。照射在試樣上的光束，應基本上是單向平行光線，不能偏離光軸3以上。光束的中心和出口窗的中心是一致的，這個光束在出入窗口不應引起光暈。在出口窗處光束的截面近似圓形，邊界分明；對應入口中心構成角度與出口窗對入口中構成1.30.1的環(huán)帶。（5） 陷阱。無試樣和標準板的時候，能夠全部吸收光。（6） 光電池。球內(nèi)光的強度用光電池測定。其輸出在使用光強范圍內(nèi)和入射光強度成正比例。并具有1%以內(nèi)的精度。當積分球在暗色時檢流計無偏轉(zhuǎn)。（7） 檢流計?？潭葹?00等分。（8） 光源。標準C光源。四、 實驗步驟（1） 開啟儀器，預熱至少20min。（2） 放置標準板，調(diào)檢流計為100刻度，擋住入射光，調(diào)檢流計為0，反復調(diào)100和0直至穩(wěn)定，即T1為100。（3