聚合物应力—应变曲线测定

聚合物应力—应变曲线测定

聚合物应力— 聚合物应力—应变曲线测定六 思 考 题 . 五 数 据 处 理 . 四 实 验 步 骤 . 三 实 验 仪 器 . 二 实 验 原 理 . 一 目 的 要 求 .

聚合物应力—应变曲线测定

一、目的要求1. 熟悉电子拉力机原理以及使用方法。 2. 测定聚合物的载荷—伸长曲线。 3.根据载荷—伸长曲线绘制应力—应变曲线和真 应力—真应变曲线。并计算各种拉伸力学性能。

聚合物应力—应变曲线测定

二.实验原理拉伸试验是在规定的试验温度、湿度和速度的条件下，对 标准试样沿其纵轴方向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止。

P

拉伸时，试样在纵轴方向所受到的标准应力σ为:

σ = P / A0L0 L试样的伸长率即应变ε为 :

( MPa )

ε = L / l0

(100%)

P

上式中P为拉伸载荷；A0为试样的初始截面 ;L0为试样标定 线间的初始长度；△L为拉伸后标定线长度的增长量。

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典型的聚合物拉伸应力—应变曲线如图所示:弹性区 塑性区

屈服点

屈服点 之前是 弹性区

屈服点 之后是 塑性区0图1 典 型 聚 合 物 拉 伸 应 力 -应 变 曲 线 图

弹性区: 塑性区 :

除去应力后材料能恢复原状. 材料产生塑性形变,不再恢复原状.

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根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率的大小以及其断裂情况， 应力—应变曲线大致可分为以下五种类型：

σ3

1.软而弱 2.硬而脆5 4 2

3.硬而强 4.软而韧 5.硬而韧

1

ε

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对于形变很大的聚合物材料，由于拉伸过程中试样的截面 积发生变化,故必须转化为真应力与真应变关系.

P

真应力σ'为： σ ′ = P / A 真应变 δ 为：L

( A为试样瞬时截面积)

L0 L

dLi L0 + L L δ =∫ = ln = ln( ) = ln(1+ ε )(100%) L0 L L0 L0 i

假定试样在大形变时体积不变，即AL=A0L0,则真应 力可表示为：

P PL0 P σ′ = = = (1 + ε ) = σ (1 + ε ) A A0 L0 A0P将应力σ及应变ε代入可求得真应力σ‘与真应变 的关系: δ

σ ′ = σ exp (δ )

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根据真应力σ'—真应变δ曲线可得到真实拉伸力学性能。

δj

σ,σ′

δu

σ′

弹性强度 刚性

′ σ sp

E = σ ′/δ

σ yp′

σ yp

σu

σ u′

σ

回弹性 = u = (σ ′ ) 2 / 2 E yp 塑性强度

′ σuδ+

延性= δ f (100%)

ε ,δ

韧性 T = ∫0 σ ′dδ1 0

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应变仪

三.实验仪器1.聚苯乙烯(PS)DIN标准双叉型 试样3根。 2.聚丙烯(PP)DIN标准双叉型试 样3根。Lo Ao上夹具

光电编码器

试样 下夹具 移动架 手动控制箱

D IN 的标准双叉型试样

3.AG—2000A岛津材料试验机1台。

机架

AG --2000A岛津材料试验机原理简图

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观察样 品的变 化

四.实验步骤1.调试和安装好拉伸实验用的夹具及样品. 2.设定拉力机的实验条件(实验速度等).

样品

3.键入样品参数(标定间距、样品的厚度及 宽度) 4.检查条件无误后开始实验. 同时注意记录 仪的工作,观察扫描出来的 载荷-伸长曲

线. 6.样品被拉断时停止实验.

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五.数据处理1. 根据电子拉力机绘出的PS,PP拉伸曲线，比较和鉴别 它们的性能特征。 2. 根据PP的载荷—伸长曲线、逐点计其σ ,

ε ,σ / ε ;

σ = P / A0 ε = L / L0 σ ′ = σ (1 + ε ) J = ln(1 + ε )

(MPa ) (100%) (MPa ) (100%)

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3. 将计算结果绘制成σ—ε和σ'—δ曲线，并将其真实拉伸力学性 能的表征参数填入下表： 物 弹性区 性 弹性强度 刚 性

σ ′yp =E = σ ′/δ =

回弹性 塑性区 塑性强度 延 韧 性 性

′ u = (σ sp ) 2 / 2 E =′ σu =′ De = δ f (100%) =

T01 = ∫ δ σ ′dδ = 0

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六.思考题1. 改变试验的拉伸速率会对试验产生什么影响？ 2. 在试验过程中，试样的截面积变化会对最终谱图产 生什么影响？ 3.你认为在现有的试验条件下能否真实地获得或通过 计算获得瞬时地截面积A?