实验4 聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
1. 实验目的
（1）熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件和测试原理。

（2）掌握测定聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定方法。

（3）考察拉伸速度对聚合物力学性能的影响。

2. 实验原理
拉伸试验是在规定的试验温度、试验速度和湿度条件下，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。

基本公式：
L L L -=
ε （2－13） 0
A F
=
σ （2－14） )
(000L L A FL E -=
=
εσ
（2－15） 式中，ε伸长率即应变；σ为应力；L 为样品某时刻的伸长；0L 为初始长度；0A 为初始横截面积；F 为拉伸力；E 为拉伸模量。

聚合物的拉伸性能可通过其应力－应变曲线来分析，典型的聚合物拉伸应力－应变曲线如图2－28（左）所示。

在应力－应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。

屈服点之前是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。

屈服点之后是塑性区，即材料产生永久性变形，不再恢复原状。

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如图2－28（右）所示的五种类型：①软而弱；②硬而脆；③硬而强；④软而强；⑤硬而韧。

图2－28 五种典型聚合物拉伸应力－应变曲线
1－软而弱；2－硬而脆；3－硬而强；4－软而强；5－硬而韧本实验在不同应变速度下测定聚乙烯的应力－应变曲线。

将已知长度和横截面积的样品，夹在两个夹具之间，以恒速拉伸至断裂，测定应力随伸长的变化。

分析在不同应变速度时测定的数据，可以了解材料的强度、韧性及极限性能。

有合适的样品架或可设法固定住的聚合物都可进行本实验。

均匀的样品重复性可优于±5％。

但由于制各样品和实验操作中存在的一些不可避免的可变因素，使重复性比此数值要差些。

3. 实验设备和材料
（1）仪器设备
万能电子拉力机(上海衡翼HY-1080微机控制电子万能试验机)，游标卡尺、直尺。

万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图2－29所示。

图2－29万能电子拉力机测试主体结构示意图
1－传感器；2－主架；3－横梁控制器；4－夹具；5－横梁；6－记录仪；7－控制台开关；8
－控制面板；9－显示屏
（2）实验材料
聚丙烯（PP），聚苯乙烯（PS）。

4. 实验步骤
（1）试样准备
用横压或片材、板材切割的方法，事先制好标准抗张样品（见ASTM标准D 638）。

选定的每种应变速度都应有5块样品。

试样形状拉伸试样共有4种类型：Ⅰ型试验样(双铲型)，见图2－30，II型试样(哑铃型)，见图2－31，III型试样(8字型)，见图2－32，IV型试样(长条型)，见图2－33。

图2－30 I型试样图2－31 II型试样
图2－32 III 型试样图2－33 IV型试样
不同类型的试样有不同的尺寸公差，具体见表2－7、表2－8、表2－9和表2－10。

表2－7 I型试样公差尺寸
表2－8 II型试样公差尺寸
表2－9 III型试样公差尺寸
塑料属于粘弹材料，它的应力松弛过程与变形速率密切相关，应力松弛需要一个时间过程。

当低速拉伸时，分子链来得及位移、重排，呈现韧性行为，表现为拉伸强度减少，而断裂伸长率增大。

高速拉伸时，高分子链段的运动跟不上外力作用速度，呈现脆性行为，表现为拉伸强度增加，断裂伸长率减少。

由于塑料品种繁多，不同品种的塑料对拉伸速度的敏感程度不同。

硬而脆的塑料对拉伸比较敏感，一般采用较低的拉伸速度。

韧性塑料对拉伸速度的敏感性较小，一般采用较高的拉伸速度。

（2）实验过程
1）用游标卡尺或测微计测每块试片的宽度和厚度。

算出横截面最小处的截面积并将数值记录。

2）调换和安装拉伸试验用夹具，将试片放入夹具。

3）设定试验条件如：试验方式、试验速度、返回速度、返回位置、记录方式、传感器容量等。

4）键入试样参数如：试样名称、编号、样品厚度、宽度，样品标定线间距。

5）检查屏幕显示的试验条件、试样参数。

如有不适合之处可以修改。

确认无误后，开始试验。

横梁以恒定的速度开始移动，同时数据采集系统也开始工作，扫描出载荷－伸长曲线。

仔细观察试样在拉伸过程中的变化，直到拉断为止。

6）重复（2）～（5），试验其余的4块试片。

7）将拉伸速度依次变为10，20mm/min，每种速度都重复2）～ 6）。

5. 实验报告
（1）根据电子拉力机绘制出的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，绘制应力－应变曲线；
（3）计算模量和断裂伸长率，计算断裂时的应力和应变；
（4）对每块样品都重复1～3。

6. 问题与讨论
（1）改变试样的拉伸速度对试验产生什么影响？
（2）解释为什么要重复5块试样？
（3）如果测定线性和支化聚乙烯，可以从哪些方面来研究他们之间的性能的差异？7.聚合物拉伸强度试验机的技术参数：
HY-1080微机控制电子万能材料试验机有着强大的数控显示系统，可以做10000N以内整个材料中拉伸、压缩、弯曲、剥离、刺破等试验，全液晶数控设定所需参数，曲线、位移、材料试验机力值能动态显示在数显器上，联接电脑实现全电脑控制并打印标准试验报告；材料试验机彻底改变传统材料式试验机机台笨重、操作复杂、性能单之缺点。

拉力机外观采用铝合金的，抗老化性强，不退色。

技术参数Mainspecifications
1、最大负荷LoadAccuracy：10KN(小于10KN任意选)
2、荷重元精度LoadAccuracy：0.01%
3、测试精度Measuringaccuracy：<±0.5%
4、操作方式Control：全电脑控制,windows模式操作
5、有效试验宽度Validwidth：约420mm
6、有效拉伸空间Stroke：约800mm
7、试验速度Tetxingspeed:0.001~500mm/min
8、速度精度SpeedAccuracy：:±0.5%以内；
9、位移测量精度StrokeAccuracy：±0.5%以内；
10、变形测量精度DisplacementAccuracy：±0.5%以内
11、安全装置Safetydevice：电子限位保护，紧急停止键Safeguardstroke
12、机台重量MainUnitWeight：约210kg
13. 电源电压: 220V
14. 主机尺寸：700*420*1600mm
好质量好品牌好服务在上海衡翼，更多优惠请来电咨询。

衡翼全体员工真诚为您提供优质产品优质服务。

主要功能：
（1）力值、大变形、小变形、位移的同步测量和显示。

（2）试验速度任意设定。

（从0.001-500mm/min，可无级调速）
（3）试验曲线实时显示，横坐标和纵坐标自动换档。

（4）可设置自动判断裂与否和自动返回起始点与否。

可设置定时间停止，定负荷停止，定变形停止，可设置断裂判别条件。

（5）可任意删除已做过的某个试样的数据。

（6）可对曲线进行任意缩放操作、打印，并在曲线上选取参数点（屈服点、弹性段等）。

（7）参数计算采用VB+SQL语言，可靠、方便。

（8）可根据用户需要进行参数处理（用户化的试验方法并方便地扩充试验处理方法）。

（9）根据用户要求可求取非金属材料的最大强度、弹性模量（E）、定压缩强度、定荷伸长、屈服强度等。

金属材料的屈服强度、非比例强度、总压缩强度、抗压（拉）强度、延伸率等。

公司承诺：
1.购机前，我们专门派技术人员为您设计最佳的流程和方案
2.购机后，将免费指派技术人员为您调试安装
3.整机保修一年，产品终身维护
4.常年供应设备的易损件及耗品确保仪器能长期使用。