4知識(shí)資料塑料常規(guī)力學(xué)性能的測(cè)試

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯暨南大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告專用紙課程名稱《高分子物理》實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱塑料常規(guī)力學(xué)性能的測(cè)試指導(dǎo)教師容建華、魯路實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào)04實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型綜合類實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)南校區(qū)202實(shí)驗(yàn)室學(xué)生姓名學(xué)號(hào)學(xué)院理工學(xué)院系材料科學(xué)與工程系專業(yè)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)時(shí)光2023年年年月日下午～月日下午溫度℃濕度推薦：本實(shí)驗(yàn)推薦塑料拉伸、沖擊、彎曲性能的通用測(cè)試主意，它們應(yīng)用廣泛，操作簡(jiǎn)便，疾馳。力學(xué)性能的測(cè)試技術(shù)條件有鄭重的統(tǒng)一規(guī)定，其結(jié)果可作為不同材料的質(zhì)量比較，產(chǎn)品質(zhì)量的控制和驗(yàn)受的根據(jù)。影響塑料力學(xué)性能的因素?zé)o數(shù)，有聚合物結(jié)構(gòu)的影響（如：聚合物種類，分子量及其分布，是否結(jié)晶等），有成型加工的影響（如：成型加工的方式及加工條件導(dǎo)致結(jié)晶度、取向度的變化，試樣的缺陷等）；有測(cè)試條件的影響（如：測(cè)試溫度，濕度，速度等），它們會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差等缺陷，所以力學(xué)性能的測(cè)試有鄭重的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如GB1042-92規(guī)定：環(huán)境溫度為25±1℃，相對(duì)濕度為65±5%，樣品的尺寸、形狀均有統(tǒng)一規(guī)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往為五次以上平均。拉伸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康目刂扑芰侠鞆?qiáng)度的測(cè)試原理及測(cè)試主意，并能分析影響因素；加深對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的理解，并從中求出實(shí)用的多種機(jī)械性能數(shù)據(jù)；看見拉伸時(shí)浮上的屈服、裂紋、發(fā)白等現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理拉伸實(shí)驗(yàn)是對(duì)試樣沿縱軸向施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞。通過測(cè)定試樣的屈服力，破壞力，和試樣標(biāo)距間的伸長(zhǎng)來(lái)求得試樣的屈服強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。定義拉伸應(yīng)力——試樣在計(jì)量標(biāo)距范圍內(nèi)，單位初始橫截面上承受的拉伸負(fù)荷。拉伸強(qiáng)度——在拉伸實(shí)驗(yàn)中試樣直到斷裂為止，所承受的最大拉伸應(yīng)力。TS=Pmax/bd(Mpa)式中，Pmax——試樣拉伸最大載荷，N；b——試樣寬度，m；d——試樣厚度，m。拉伸屈服應(yīng)力——在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，屈服點(diǎn)處的應(yīng)力。斷裂伸長(zhǎng)率——在拉力作用下，試樣斷裂時(shí)，標(biāo)線間距離的增強(qiáng)量與初始標(biāo)距之比，以百分率表示。ε斷=(L-L0)/L0×100%式中：L0——試樣標(biāo)線間距離，mm；L——試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間距離，mm。彈性模量——在比例極限內(nèi)，材料所受應(yīng)力與產(chǎn)生響應(yīng)的應(yīng)變之比。應(yīng)力-應(yīng)變曲線由應(yīng)力-應(yīng)變的相應(yīng)值彼此對(duì)應(yīng)的繪成曲線，通常以應(yīng)力值作為縱坐標(biāo)，應(yīng)變值作為橫坐標(biāo)。應(yīng)力-應(yīng)變曲線普通分為兩個(gè)部分：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)，在彈性變形區(qū)，材料發(fā)生可徹低恢復(fù)的彈性變形，應(yīng)力和應(yīng)變呈正比例關(guān)系。曲線中直線部分的斜率即是拉伸彈性模量值，它代表材料的剛性。彈性模量越大，剛性越好。在塑性變形區(qū)，應(yīng)力和應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)不再呈正比關(guān)系，最后浮上斷裂。圖4-1拉伸試樣形狀P—拉力；L0—拉伸長(zhǎng)度圖4-2高聚物的應(yīng)力—應(yīng)變曲線實(shí)驗(yàn)主意拉伸實(shí)驗(yàn)是對(duì)試樣沿縱向施加靜態(tài)拉伸負(fù)荷，使其破壞。通過測(cè)定試樣的屈服力，破壞力和試樣間標(biāo)距間的伸長(zhǎng)來(lái)求的試樣的屈服強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。操作要點(diǎn)在試樣中間部分作標(biāo)線，此標(biāo)線應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果沒有影響。測(cè)量試樣中間平行部分的寬度和厚度，每個(gè)試樣測(cè)量三點(diǎn)，取算術(shù)平均值。拉伸速度普通按照材料及試樣類型舉行挑選。夾具夾持試樣時(shí)，試樣縱軸與上，下夾具中央線重合，并防止試樣滑脫，或斷在夾具內(nèi)。試樣斷裂在中間平行部分之外時(shí)，應(yīng)另取試樣補(bǔ)做。三、儀器和試樣1.拉力實(shí)驗(yàn)機(jī)一臺(tái)2.試樣制備和外觀檢查。制成如圖1所示的啞鈴形的樣條，尺寸：，試樣表面應(yīng)光潔、平整，不應(yīng)有氣泡、雜質(zhì)、機(jī)械損傷等。每組試樣不少于5個(gè)。四、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理試樣制備用啞鈴形標(biāo)準(zhǔn)裁刀在沖片機(jī)上沖取塑料薄片試樣，沿縱向和橫向各取五條，確切測(cè)量試樣細(xì)頸處的寬度和厚度，并在細(xì)頸部分劃出長(zhǎng)度標(biāo)記。也可用注塑機(jī)模塑出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條。挑選實(shí)驗(yàn)機(jī)載荷，以斷裂時(shí)載荷處于刻度盤得1/3~4/5范圍之內(nèi)最合適。挑選并調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)機(jī)的下夾具的下降速度。對(duì)于軟質(zhì)熱塑性塑料，拉伸速度可取50mm/min，100mm/min，200mm/min，500mm/min。將試樣裝在夾具上，在使用夾具時(shí)應(yīng)先用固定器將上夾具固定，防止儀器刀口損壞，試樣夾好后松開固定器。按下啟動(dòng)按鈕，電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，下夾具開始下降，指針開始指示。在此過程中，用手控制標(biāo)尺上的兩根劃尺，使△形指針隨試樣細(xì)頸上的兩標(biāo)記而動(dòng)，直至試樣斷裂。記錄指示盤讀數(shù)和兩劃尺之間的距離。按回行開關(guān)，將下夾具回復(fù)到本來(lái)位置，并把指示盤指針撥回零位，開始第二次實(shí)驗(yàn)。五、數(shù)據(jù)的記錄與處理1.記錄數(shù)據(jù)編號(hào)12345平均L0(m)b(m)d(m)L(m)P(N)Ts(MPa)Eb(100%)作PE試片的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。求出抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性模量。六、思量題拉伸速度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？結(jié)晶與非晶聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有何不同？（二）沖擊實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馑芰蠜_擊強(qiáng)度的測(cè)試原理和影響因素，控制簡(jiǎn)支梁（或懸臂梁法）測(cè)定沖擊強(qiáng)度的主意。二、實(shí)驗(yàn)原理沖擊實(shí)驗(yàn)是用來(lái)度量材料在高速?zèng)_擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡钟芰Γ鼘?duì)研究塑料在經(jīng)歷沖擊載荷時(shí)的力學(xué)行為有一定的實(shí)際意義。普通沖擊實(shí)驗(yàn)采用三種主意：（1）擺錘式：實(shí)驗(yàn)安放形式有簡(jiǎn)支梁式（charpy）支撐試樣兩端而沖擊中部；懸臂梁式（Izod）試樣一端固定而沖擊自由端。（2）落球式。（3）高速拉伸法。（3）法雖較理想，可直接轉(zhuǎn)換成應(yīng)力—應(yīng)變曲線，計(jì)算曲線下的面積，便可得沖擊強(qiáng)度，還可定性判斷是脆性斷裂還是韌性斷裂，但對(duì)拉力機(jī)要求較高。簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本原理實(shí)驗(yàn)機(jī)的基本構(gòu)造有三部分（圖4-3）：機(jī)架部分，擺錘部分和指示部分。實(shí)驗(yàn)的基本原理是：擺錘高置于機(jī)架的揚(yáng)臂上，揚(yáng)角為α，當(dāng)擺錘自由落下，位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能將試樣沖斷，沖擊后擺錘以其剩余能量升到某一高度，升角為β，圖4-3擺錘式?jīng)_擊實(shí)驗(yàn)機(jī)工作原理按照沖擊過程的能量守恒：ωL（1-cosα）=(1-cosβ)+Aα+Aβ+1/2mv2式中：ω——沖擊錘分量；L——沖擊錘擺長(zhǎng)；A——沖斷試樣所消耗的功；Aα和Aβ——分離為擺錘在克服空氣主力所消耗的功；1/2mv2——試樣斷裂時(shí)飛出部分所具有的能量。通常上式右后邊三項(xiàng)部分都可忽略，所以：A=ωL（cosβ-cosα）按照ω、L、α和設(shè)定A值，可由上式算出β值而繪出讀數(shù)盤，實(shí)測(cè)時(shí)按照讀數(shù)盤（即β值）讀出A值。注重：試樣厚度，缺口大小，形狀，測(cè)試時(shí)試樣的跨度都影響測(cè)試結(jié)果。三、簡(jiǎn)支梁沖擊實(shí)驗(yàn)儀器：XJ-40型沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)試樣：標(biāo)準(zhǔn)大試樣長(zhǎng)×寬×厚=（120±1）×（15±0.2）×(10±0.2)mm3，一種為不帶缺口,另一種為帶缺口，缺口深度為厚度的1/3，缺口寬為2±0.2mm。實(shí)驗(yàn)步驟試樣的處理：試樣表面應(yīng)平整，無(wú)氣泡裂紋，無(wú)分層和機(jī)械加工損傷。將試樣在測(cè)定條件下（溫度：25±5℃；濕度65±5%）放置不少于16小時(shí)。挑選擺錘：0—4kgf.cm,0—10kgf.cm,0—20kgf.cm，打斷試樣所消耗的功應(yīng)挑選在刻度盤的1/3—4/5之間?？論魧?shí)驗(yàn)：當(dāng)擺錘懸掛時(shí)指針指在0℃處，擺錘空打時(shí)應(yīng)指0kgf.cm，誤差不超過1/5格。測(cè)試：測(cè)量試樣中部的厚度和寬度，缺口試樣量的剩余厚度，確切至0.05mm,缺口試樣背向擺錘，寬面緊貼在支坐上，缺口位置與擺錘對(duì)準(zhǔn)，懸掛擺錘固定，松開固定器，則擺錘落下沖擊試樣，記錄指針讀數(shù)。每組試樣不少于五個(gè)，如試樣未被沖斷或未斷在三等分中間部分或缺口處，該試樣作廢。另補(bǔ)試樣實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)處理無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度：缺口沖擊強(qiáng)度：式中：σ——沖擊強(qiáng)度KJ/m2；A——試樣吸收的沖擊能，J；波b——試樣寬度，mm；d,d1——分離為無(wú)、有缺口試樣的厚度mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用算術(shù)平均值表示，同時(shí)可用標(biāo)準(zhǔn)偏差估算數(shù)據(jù)的凝聚性。四、思量題定性分析影響聚合物力學(xué)性能的因素。（三）彎曲實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膹澢鷮?shí)驗(yàn)主要用來(lái)檢驗(yàn)材料在經(jīng)歷彎曲負(fù)荷作用時(shí)的性能，生產(chǎn)中常用彎曲實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)定材料的彎曲強(qiáng)度和塑性變形的大小，是質(zhì)量控制和應(yīng)用設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。二、實(shí)驗(yàn)原理1．基本定義：撓度——彎曲實(shí)驗(yàn)過程中，試樣跨度中央的定面或底面偏離原始位置的距離。彎曲應(yīng)力——試樣彎曲過程中隨意時(shí)刻中部截面上外層纖維的最大正應(yīng)力。彎曲強(qiáng)度——到達(dá)規(guī)定撓度值時(shí)或之前，負(fù)荷達(dá)到最大值時(shí)的彎曲應(yīng)力。定撓彎曲應(yīng)力——撓度等于試樣厚度1.5倍時(shí)的彎曲應(yīng)力。彎曲屈服強(qiáng)度——在負(fù)荷－撓度曲線上，負(fù)荷不增強(qiáng)而撓度驟增點(diǎn)的應(yīng)力。2．主意原理實(shí)驗(yàn)時(shí)將一規(guī)定形狀和尺寸的試樣置于兩支坐上，并在兩支坐的中點(diǎn)施加一擴(kuò)散負(fù)荷，使試樣產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和變形。這種主意稱靜態(tài)三點(diǎn)式彎曲實(shí)驗(yàn)（圖4-4）。（另一加載主意為四點(diǎn)式，這里不推薦。）三、測(cè)試條件1．試樣可采用注塑、模塑、或板材經(jīng)機(jī)械加工制成矩形截面試樣。試樣尺寸為：標(biāo)準(zhǔn)試樣長(zhǎng)（L，mm）寬（b，mm）厚（d，mm）模塑大試樣120±215±0.210±0.2模塑小試樣55±16±0.24±0.2板材試樣10d±2015±0.2d板材試樣厚度為1～10mm；每組試樣不少于5個(gè)。2．實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)跨度：10d±0.5實(shí)驗(yàn)速度：2.0±0.4mm/min(標(biāo)準(zhǔn)試樣)規(guī)