4知識資料塑料常規(guī)力學性能的測試

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯暨南大學本科實驗報告專用紙課程名稱《高分子物理》實驗成績評定實驗項目名稱塑料常規(guī)力學性能的測試指導教師容建華、魯路實驗項目編號04實驗項目類型綜合類實驗地點南校區(qū)202實驗室學生姓名學號學院理工學院系材料科學與工程系專業(yè)材料科學與工程實驗時光2023年年年月日下午～月日下午溫度℃濕度推薦：本實驗推薦塑料拉伸、沖擊、彎曲性能的通用測試主意，它們應用廣泛，操作簡便，疾馳。力學性能的測試技術條件有鄭重的統(tǒng)一規(guī)定，其結果可作為不同材料的質量比較，產(chǎn)品質量的控制和驗受的根據(jù)。影響塑料力學性能的因素無數(shù)，有聚合物結構的影響（如：聚合物種類，分子量及其分布，是否結晶等），有成型加工的影響（如：成型加工的方式及加工條件導致結晶度、取向度的變化，試樣的缺陷等）；有測試條件的影響（如：測試溫度，濕度，速度等），它們會導致實驗重復性差等缺陷，所以力學性能的測試有鄭重的測試標準，如GB1042-92規(guī)定：環(huán)境溫度為25±1℃，相對濕度為65±5%，樣品的尺寸、形狀均有統(tǒng)一規(guī)定，實驗結果往往為五次以上平均。拉伸實驗一、實驗目的控制塑料拉伸強度的測試原理及測試主意，并能分析影響因素；加深對應力應變曲線的理解，并從中求出實用的多種機械性能數(shù)據(jù)；看見拉伸時浮上的屈服、裂紋、發(fā)白等現(xiàn)象。二、實驗原理拉伸實驗是對試樣沿縱軸向施加靜態(tài)拉伸負荷，使其破壞。通過測定試樣的屈服力，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。定義拉伸應力——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。拉伸強度——在拉伸實驗中試樣直到斷裂為止，所承受的最大拉伸應力。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。拉伸屈服應力——在拉伸應力-應變曲線上，屈服點處的應力。斷裂伸長率——在拉力作用下，試樣斷裂時，標線間距離的增強量與初始標距之比，以百分率表示。ε斷=(L-L0)/L0×100%式中：L0——試樣標線間距離，mm；L——試樣斷裂時標線間距離，mm。彈性模量——在比例極限內，材料所受應力與產(chǎn)生響應的應變之比。應力-應變曲線由應力-應變的相應值彼此對應的繪成曲線，通常以應力值作為縱坐標，應變值作為橫坐標。應力-應變曲線普通分為兩個部分：彈性變形區(qū)和塑性變形區(qū)，在彈性變形區(qū)，材料發(fā)生可徹低恢復的彈性變形，應力和應變呈正比例關系。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)，應力和應變增強不再呈正比關系，最后浮上斷裂。圖4-1拉伸試樣形狀P—拉力；L0—拉伸長度圖4-2高聚物的應力—應變曲線實驗主意拉伸實驗是對試樣沿縱向施加靜態(tài)拉伸負荷，使其破壞。通過測定試樣的屈服力，破壞力和試樣間標距間的伸長來求的試樣的屈服強度，拉伸強度和伸長率。操作要點在試樣中間部分作標線，此標線應對測試結果沒有影響。測量試樣中間平行部分的寬度和厚度，每個試樣測量三點，取算術平均值。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，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。試樣斷裂在中間平行部分之外時，應另取試樣補做。三、儀器和試樣1.拉力實驗機一臺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：，試樣表面應光潔、平整，不應有氣泡、雜質、機械損傷等。每組試樣不少于5個。四、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理試樣制備用啞鈴形標準裁刀在沖片機上沖取塑料薄片試樣，沿縱向和橫向各取五條，確切測量試樣細頸處的寬度和厚度，并在細頸部分劃出長度標記。也可用注塑機模塑出標準測試樣條。挑選實驗機載荷，以斷裂時載荷處于刻度盤得1/3~4/5范圍之內最合適。挑選并調節(jié)實驗機的下夾具的下降速度。對于軟質熱塑性塑料，拉伸速度可取50mm/min，100mm/min，200mm/min，500mm/min。將試樣裝在夾具上，在使用夾具時應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。按下啟動按鈕，電機開始運轉，下夾具開始下降，指針開始指示。在此過程中，用手控制標尺上的兩根劃尺，使△形指針隨試樣細頸上的兩標記而動，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，將下夾具回復到本來位置，并把指示盤指針撥回零位，開始第二次實驗。五、數(shù)據(jù)的記錄與處理1.記錄數(shù)據(jù)編號12345平均L0(m)b(m)d(m)L(m)P(N)Ts(MPa)Eb(100%)作PE試片的應力-應變曲線。求出抗張強度、斷裂伸長率、彈性模量。六、思量題拉伸速度對實驗結果有何影響？結晶與非晶聚合物的應力-應變曲線有何不同？（二）沖擊實驗一、實驗目的了解塑料沖擊強度的測試原理和影響因素，控制簡支梁（或懸臂梁法）測定沖擊強度的主意。二、實驗原理沖擊實驗是用來度量材料在高速沖擊狀態(tài)下的韌性或對斷裂的抵御能力，它對研究塑料在經(jīng)歷沖擊載荷時的力學行為有一定的實際意義。普通沖擊實驗采用三種主意：（1）擺錘式：實驗安放形式有簡支梁式（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，可直接轉換成應力—應變曲線，計算曲線下的面積，便可得沖擊強度，還可定性判斷是脆性斷裂還是韌性斷裂，但對拉力機要求較高。簡支梁沖擊實驗機的基本原理實驗機的基本構造有三部分（圖4-3）：機架部分，擺錘部分和指示部分。實驗的基本原理是：擺錘高置于機架的揚臂上，揚角為α，當擺錘自由落下，位能轉化為動能將試樣沖斷，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)_擊實驗機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；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——試樣斷裂時飛出部分所具有的能量。通常上式右后邊三項部分都可忽略，所以：A=ωL（cosβ-cosα）按照ω、L、α和設定A值，可由上式算出β值而繪出讀數(shù)盤，實測時按照讀數(shù)盤（即β值）讀出A值。注重：試樣厚度，缺口大小，形狀，測試時試樣的跨度都影響測試結果。三、簡支梁沖擊實驗儀器：XJ-40型沖擊實驗機試樣：標準大試樣長×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。實驗步驟試樣的處理：試樣表面應平整，無氣泡裂紋，無分層和機械加工損傷。將試樣在測定條件下（溫度：25±5℃；濕度65±5%）放置不少于16小時。挑選擺錘：0—4kgf.cm,0—10kgf.cm,0—20kgf.cm，打斷試樣所消耗的功應挑選在刻度盤的1/3—4/5之間?？論魧嶒灒寒敂[錘懸掛時指針指在0℃處，擺錘空打時應指0kgf.cm，誤差不超過1/5格。測試：測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，缺口位置與擺錘對準，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，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。另補試樣實驗。數(shù)據(jù)處理無缺口沖擊強度：缺口沖擊強度：式中：σ——沖擊強度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、有缺口試樣的厚度mm。實驗結果可用算術平均值表示，同時可用標準偏差估算數(shù)據(jù)的凝聚性。四、思量題定性分析影響聚合物力學性能的因素。（三）彎曲實驗一、實驗目的彎曲實驗主要用來檢驗材料在經(jīng)歷彎曲負荷作用時的性能，生產(chǎn)中常用彎曲實驗來評定材料的彎曲強度和塑性變形的大小，是質量控制和應用設計的重要參考指標。二、實驗原理1．基本定義：撓度——彎曲實驗過程中，試樣跨度中央的定面或底面偏離原始位置的距離。彎曲應力——試樣彎曲過程中隨意時刻中部截面上外層纖維的最大正應力。彎曲強度——到達規(guī)定撓度值時或之前，負荷達到最大值時的彎曲應力。定撓彎曲應力——撓度等于試樣厚度1.5倍時的彎曲應力。彎曲屈服強度——在負荷－撓度曲線上，負荷不增強而撓度驟增點的應力。2．主意原理實驗時將一規(guī)定形狀和尺寸的試樣置于兩支坐上，并在兩支坐的中點施加一擴散負荷，使試樣產(chǎn)生彎曲應力和變形。這種主意稱靜態(tài)三點式彎曲實驗（圖4-4）。（另一加載主意為四點式，這里不推薦。）三、測試條件1．試樣可采用注塑、模塑、或板材經(jīng)機械加工制成矩形截面試樣。試樣尺寸為：標準試樣長（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。2．實驗條件實驗跨度：10d±0.5實驗速度：2.0±0.4mm/min(標準試樣)規(guī)