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实验15材料力学性能及热性能测试实验

15-1聚合物拉伸性能测试

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电子拉力机测定聚合物材料的应力应变曲线

聚合物在拉力下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。聚合物的应力-

应变曲线提供力学行为的许多重要线索，从而得到有用的表征参数（杨氏模量、屈服应力、

屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能）以评价材料抵抗载荷、抵抗变形和吸收能量

的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线，有助于判断聚合物

材料的强弱、硬软、韧脆和粗略估计聚合物所处的状态与拉伸取向过程，以及为设计和应用

部门选取最佳材料提供科学依据。

电子拉力试验机是将聚合物材料的刺激（载荷）和响应（变形）由换能装置转变为电信

号传入计算机，经计算处理可得应力-应变曲线。电子拉力机除了应用于力学试验中最常用的

拉伸试验外，还可进行压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离以及疲劳、应力松弛等各种力学试验，

是测定和研究聚合物材料力学行为和机械性能的有效手段。

一、实验目的

1．熟悉电子拉力机的使用方法；

2．测定聚合物的载荷-时间曲线，判断不同聚合物的拉伸性能特征，了解测试条件对测试

结果的影响；

3．绘制应力-应变曲线，测定其屈服强度、拉伸强度、断裂强度和断裂伸长率。

二、实验原理

拉伸性能是聚合物力学性能中最重要、最基本的性能之一。拉伸性能的好坏，可以通过

拉伸实验来检测。

拉伸实验是在规定的试验温度、湿度和速度条件下，对标准试样沿纵轴方向施加静态拉

伸负荷，直到试样被拉断为止。用于聚合物应力－应变曲线测定的电子拉力试验机是将试样

上施加的载荷、形变通过压力传感器和形变测量装置转变成电信号记录下来，经计算机处理

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后，测绘出试样在拉伸形变过程中的拉伸应力－应变曲线。从应力－应变曲线上可得到材料

的各项拉伸性能指标值：如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、拉伸

弹性模量、断裂伸长率等。通过拉伸试验提供的数据，可对高分子材料的拉伸性能做出评价，

从而为质量控制，按技术要求验收或拒绝验收产品，研究、开发与工程设计及其他项目提供

参考。

应力－应变曲线一般分两个部分：弹性形变区和塑性形变区。在弹性形变区域，材料发

生可完全恢复的弹性变形，应力与应变呈线性关系，符合虎克定律。在塑性形变区，形变是

不可逆的塑性形变，应力和应变增加不再呈正比关系，最后出现断裂。

不同的高聚物材料、不同的测定条件，分别呈现不同的应力－应变行为。根据应力－应

变曲线的形状，目前大致可归纳成五种类型，如图15-1所示。

（1）软而弱拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。

（2）硬而脆拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。

（3）硬而强拉伸强度和弹性模量较大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。

（4）软而韧断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡

胶等。

（5）硬而韧弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、

尼龙等。

由以上五种类型的应力－应变曲线，可以看出不同聚合物的断裂过程。

影响聚合物拉伸强度的因素有：

（1）高聚物的结构和组成聚合物的相对分子质量及其分布、取代基、交联、结晶和

取向是决定其机械强度的主要内在因素；通过在聚合物中添加填料，采用共聚和共混方式来

改变高聚物组成可以达到提高聚合物的拉伸强度的目的。

（2）实验状态拉伸实验是用标准形状的试样，在规定的标准状态下测定聚合物的拉

伸性能。标准化状态包括：试样制备、状态调节、实验环境和实验条