高高聚物拉伸实验
力学性能实验报告
高聚物拉伸实验
一、实验目的
1、 观察高聚物拉伸变形特点，比较与低碳钢、铝合金、铸铁等变形的区别处。

2、 利用得到的数据，粗略计算橡胶的弹性模量E 、可测强度b σ、和伸长率δ，并利用得到的最大伸长量和原长相比较，了解其拉伸性能。

3、 进一步熟悉试验机、引伸计的使用，完善实验流程。

4、 深化对实验过程的理解，加强团队协作。

二、实验材料：电子万能试验机、橡胶材料、纸、笔。

三、实验人员安排
三、实验过程
1、 讨论实验方案，决定要测量的实验数据，进行人员分工。

2、 领取试件，对试件进行原始数据测量。

3、 参数设置，检查无误后，实验开始。

4、 试验中认真观察。

5、 实验结束后卸载试件，保存数据并分析数据。

四、实验数据处理
①：载荷位移曲线
我们测量的橡胶拉伸段为40mm ，但遗憾的是实验中橡胶从夹头中脱离出来，对实验结果产生了一定的影响。

从图中我们可以得到，其最大位移量有超过350mm ，即使减掉橡胶在夹头中的位移，我们依然可以得到，橡胶的伸长率是惊人的。

以橡胶伸长350mm 为准，则橡胶伸长率为：00350100%100%875%40
l l l δ-=⨯=⨯=.
伸长率大大超过了前面所做的低碳钢与铝合金的实验。

而且所承受的载荷更小，那么我们可以推知橡胶的弹性模量必然很小。

②：应力应变曲线（我们以位移量除以原长来近似应变量），则图示为：
σ=27.3Mpa。

直观的，可以得到，实验结束时橡胶承受的最大应力为
b
同时我们可以得到近似的弹性模量E，其拟合图为：
由此图可得弹性模量E=2.45Mpa.此数值比低碳钢或者铸铁、铝合金等材料都小5个数量级左右，可见橡胶的变形量很大，可塑性极佳。

五、实验后的反思。

1、实验中出现的问题。

答：实验中我们的试件从试验机上脱离，其原因是试件未夹紧。

但是橡胶试件的表面本来就十分平整光滑，摩擦系数很小，单纯用夹头夹紧难度很大，
课堂上陆续有几组出现同样的问题。

我认为，其解决思路应该从一下方面入手：
①：在试件的底边加一层薄金属片，金属片是穿在打过孔的试件上的。

这样夹持试件时将金属片留在夹头外即可。

②：将橡胶在夹头中的一段刻上凹槽，增大摩擦因数或者通过在夹头上
预先刻上凹槽。

2、实验数据得到的弹性模量是否精确？
答：实验中多多少少地橡胶会在夹头中滑移，所以实验数据一定会有误差。

但是实验的开始阶段数据应该是可信度比较高的。

所以我们在近似估计弹性模量时主要截取了开始阶段的数据，得到的E值应该比较可信。

3、为什么橡胶的弹性模量如此小而形变量如此大？
答：橡胶是由线型的长链分子组成的，由于热运动，这种长链分子在不断地改变着自己的形状，因此在常温下橡胶的长链分子处于蜷曲状态。

因此把蜷曲分子拉直就会显示出形变量很大的特点。

当外力使蜷曲的分子拉直时，由于分子链中各个环节的热运动，力图恢复原来比较自然的蜷曲：吠态，形成了对抗外力的回缩力，正是这种力促使像胶形变的自发回复，造成形变的可逆性。

但是这种回缩力毕竟是不大的，所以橡胶在外力不大时就可以发生较大的形变，因而弹性模量很小。

4、生活中我们经常用到橡胶，比如猴皮筋等等，它的特性受环境影响很大，具
体有什么呢？
答：①弹性模量随温度的升高而增加。

当发生高弹形变时，在外力作用下，材料的伸长导致分子链空间排列有方向性，分子链不得不顺着外力场的方向舒展开来，而热运动力图使分子链回复到卷曲状态，这种回缩力与温度有关。

随着温度的升高，分子热运动加强，回缩力增大，弹性模量增加，弹性形变变小。

②一般材料的泊松比在0.2～0.5之间，橡胶和液体均接近0.5，所以，
橡胶可看做不可压缩的液体。

泊松比是指各向固性的材料在拉伸(或压缩)时，横向单位尺寸的变化（横向应变）与纵向单位尺寸的变化（纵向或轴向应变）之比。

③形变需要时间。

橡胶受到外力压缩成拉伸时，形变总是随时间而发展
的，最后达到最大形变，这种现象称为蠕变；或者，拉紧的橡皮带会逐渐变松，这种应力随时间而下降或消失的现象称为应力松弛。

蠕变和应力松弛统称为力学松弛。

为什么有力学松弛现象呢?由于橡胶是一种长链分子，整个分子的运动或链段的运动都要克服分子间的作用力和内摩擦力。

高弹形变就是靠分子链段的运动来实现的，整个分子链从一种平衡状态过渡到外力相适应的平衡状态，可能需要几分钟，几小时甚至几年，就是说在一般情况下形变总是落后于外力。

昕以橡胶发生形变需要时间。

④形变时有热效应。

橡胶伸长变形时，分子链或链段由混乱排列变成比
较规则的排列，此时熵值减少；同时由于分子间的内摩擦而产生热量；另外，由于分子规则排列而发生结晶，在结晶过程中也会放出热量。

由于上述三种原因，使像胶被拉伸时放出热量。