如何測試高分子材料的力學性能？

一、拉伸性能測試

基本概念：在拉伸試驗中，保持這種受力狀態最終，就是測量拉伸力直至材料斷裂為止，所承受的最大拉伸應力稱為拉伸強度實驗原理：拉伸實驗是對試樣沿縱軸方向施加靜態拉伸負荷，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：在拉伸試驗中試樣直到斷裂為止，所承受的最大拉伸應力。

拉伸斷裂應力：在拉伸應力-應變曲線上，斷裂時的應力。

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，標線間距離的增加量與初始標距之比，以百分率表示。

彈性模量：在比例極限內，材料所受應力與產生響應的應變之比。

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-應變曲線一般分為兩個部分：彈性變形區和塑性變形區，在彈性變形區，材料發生可完全恢復的彈性變形，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，應力和應變增加不在呈正比關系，最后出現斷裂。

實驗步驟：

①試樣的狀態調節和試驗環境按國家標準規定。

②在試樣中間平行部分做標線，示明標距。

③測量試樣中間平行部分的厚度和寬度，精確0。01mm，II型試樣中間平行部分的寬度，精確到0。05mm，測3點，取算術平均值。

④夾具夾持試樣時，要使試樣縱軸與上下夾具中心連線重合，且松緊適宜。

⑤選定試驗速度，進行試驗。

⑥記錄屈服時負荷，或斷裂負荷及標距間伸長。試樣斷裂在中間平行部分之外時，此試樣作廢，另取試樣補做。

實驗影響因素

(1)成型條件：由試樣自身的微觀缺陷和微觀不同性引起

(2) 溫度和濕度：

(3)拉伸速度：塑料屬于粘彈性材料，其應力松弛過程與變形速率緊密相關，需要一個時間過程

(4)預處理：材料在加工過程中，由于加熱和冷卻的時間和速度不同，易產生局部應力集中，經過在一定溫度下的熱處理或稱退火處理，可以消除內應力，提高強度

(5)材料性質：結晶度、取向、分子量及其分布、交聯度

(6)老化:老化后強度明顯下降

QUV老化試驗箱

二、彎曲強度測試

基本定義

撓度：彎曲試驗過程中，試樣跨度中心的定面或底面偏離原始位置的距離。 檢測技術 _

彎曲應力：試樣在彎曲過程中的任意時刻，中部截面上外層纖維的最大正應力。

彎曲強度：在到達規定撓度值時或之前，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，負荷不增加而撓度驟增點的應力。

方法原理

試驗時將一規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集中負荷，使試樣產生彎曲應力和變形。這種方法稱靜態三點式彎曲試驗。(另一加載方法為四點式，這里不介紹。)

實驗步驟

①使用游標卡尺測量試樣中間部位的寬度和厚度，測量三點，取其平均值，精確到0.02mm。

②電子式萬能材料試驗機使用前預熱30分鐘。

③調節好跨度，將試樣放于支架上，上壓頭與試樣寬度的接觸線須垂直于試樣長度方向，試樣兩端緊靠支架兩頭。

④啟動下降按鈕，試驗機按設定的參數開始工作。當壓頭接觸到試樣后，計算機開始自動記錄試樣所受的載荷及其產生的位移數據。至試樣到達屈服點或斷裂時為止，立即停機。

⑤保存數據，并根據數據作彎曲載荷-位移曲線圖，并保存。根據圖形分析試樣的彎曲力學行為。

實驗影響因素

①試樣尺寸和加工 試樣的厚度和寬度都與彎曲強度和撓度有關。

②加載壓頭半徑和支座表面半徑 如果加載壓頭半徑很小，對試樣容易引起較大的剪切力而影響彎曲強度。支座表面半徑會影響試樣跨度的準確性。

③應變速率 彎曲強度與應變速率有關，應變速率較低時，其彎曲強度也偏低。

④試驗跨度 當跨厚比增大時，各種材料均顯示剪切力的降低，可見用增大跨厚比可減少剪切應力，使三點彎曲試驗更接近純彎曲。

⑤溫度 就同一種材料來說，屈服強度受溫度的影響比脆性　強度的大。現行塑料彎曲性能實驗的國家標準為GB/T9341-2008。

三、沖擊強度的測定

沖擊試驗是用來度量材料在高速沖擊狀態下的韌性或對斷裂的抵抗能力。

一般沖擊實驗采用三種方法：

(1)擺錘式：試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。此方法雖較理想，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。

簡支梁沖擊試驗較普遍，其原理如下圖：

另有缺口樣沖擊實驗，如下圖所示：

實驗影響因素 檢測技術 _

(1)沖擊過程的能量消耗

①試樣發生彈性和塑性形變所需的能量。

②使試樣產生裂紋和裂紋擴展斷裂所需的能量。

③試樣斷裂擴展后飛出所需的能量。

④擺錘和支架軸、擺錘刀口和試樣相互摩擦損失的能量。

⑤擺錘運動時，試驗機固有的能量損失。

(2)溫度和適度　材料的沖擊性能測試依賴于溫度。

(3)試樣尺寸　使用同一配方和同一成型條件而厚度不同的材料做沖擊試驗時，所得的沖擊強度不同。

(4)沖擊速度　擺錘的沖擊速度高時沖擊強度的數值反而降低。

四、萬能試驗機

力學性能測試用到比較多的萬能試驗機，萬能試驗機也叫萬能材料試驗機，或拉力機，雙絲桿系列，控制、測量、操作一體化結構，融當代先進技術于一體，具有精度高、調速范圍寬、結構緊湊、操作方便、性能穩定等優點。電子萬能試驗機滿足GB/T1040、1041、8804、9341、9647、ISO7500-1、GB16491、GB/T17200、ISO5893、ASTM D638、695、790和塑料管材等標準的要求。適用于塑料、防水材料、紡織品、紙制品和橡膠等材料試樣及制品的拉伸、壓縮、彎曲、蠕變試驗并配有大壓盤可直接進行管材扁平壓縮(壓縮復原)、環剛度(抗外負荷)、蠕變比率、環抗拉強度等試驗。

操作規程

⒈使總開關接通電源。

⒉根據試樣，選用測量范圍，在擺桿上掛上或取下擺鉈并調整緩沖閥手柄，對準標線。

⒊根據試樣形狀及尺寸把相應的夾頭裝入上下鉗口座內。

⒋在描繪器的轉筒上，卷壓好記錄紙(方格紙)，此項只是需要時才進行。

⒌開動油泵電動機，擰開送油閥使試臺上升紙10毫米，然后關閉油閥，如果試臺已在升起位置時則不必先開油泵送油，僅將送油閥關好即可。

⒍將試樣一端夾于上鉗口中。

⒎開動油泵調整指針對準度盤零點。

⒏開動下鉗口電動機，將下鉗口升降到適當高度，將試樣另一端夾在下鉗口中，須注意使試樣垂直。

⒐將推桿上的描繪筆放下進入描繪準備狀態(需描繪時才進行)。

⒑按試驗要求的加荷速度，緩慢地擰開送油閥進行加荷試驗。

⒒試樣斷裂后關閉油閥，并停止油泵電動機。

⒓記錄需要數值并將描繪。

⒔打開回油閥，卸荷后被動針撥回零點。

⒕取下斷裂后的試樣。

⒖壓縮及彎曲等試驗可參照上述各項進行操作。