塑料拉伸试验

(一)实验目的

掌握塑料拉伸试验方法，了解塑料拉伸试验机的基本结构和工作原理，并通过试样的拉伸应力—应变曲线和各试验数据来分析该材料的静态拉伸力学性能，对其拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率和弹性模量作出评价。 (二)实验原理

在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，通过对塑料试样的纵轴方向施加拉伸载荷，使试样产生形变直至材料破坏。记录下试样破坏时的最大负荷和对应的标线间距离的变化情况。 ( 在带微机处理器的电子拉力机上，只要输入试样的规格尺寸等有关数据和要求，在拉伸过程中，传感器把力值传给电脑，电脑通过处理，自动记录下应力—应变全过程的数据，并把应力—应变曲线和各测试数据通过打印机打印出来 ) 。 (三)试验设备和拉伸试祥 1 ．试验设备 (1) 机械式拉力试验机

①备有适应各型号试样的专用夹具。

②夹具的移动速度应能多级或全程调速，以满足标准方法的需要。

③试验数据示值应在每级表盘的 10 ％一 90 ％，但不小于试验最大载荷的 4 ％读取，示值的误差应在 1 ％之内。

(2) 带微机处理器的电子拉力机 机械传动原理同机械式拉力机，但精密度高于普通机械式拉力机。当试样受载拉伸时，力值和材料的伸长率由传感器感量输入电脑，经电脑处理同时在屏幕上显示出来。每个试样试验结束，电脑自动记录全过程并存入硬盘，试验者需要哪一个试样的应力—应变曲线图，需要哪一个数据，随时可以从连接电脑的打印机上打印出来。 2 ．拉伸试样

(1) 试样的形状和尺寸 标准方法规定使用四种型号的试样，见图 1 至图 4 。 (2) 试样的选择 热固性模塑材料：用 I 型。 硬板材料：用 II 型 ( 可大于 170mm ) 。

硬质、半硬质热塑性模塑材料：用 II 型，厚度 d= （ 4 ± 0 ． 2 ） mm 。

软板、片材：用 III 型，厚度 d ≤ 2mm 。 塑料薄膜：用 IV 型。 (3) 对试样的要求：

①试样表面应平整、无气泡、裂纹、分层、无明显杂质相加工损伤等缺陷，有方向性差异的试片应沿纵横方向分别取样。

②硬板厚度 d ≤ 10mm 时，以原厚作为试样的厚度；当厚度 d ≥ 10mm 时．应从一面机械加工成 10mm 。 ③测试弹性模量，用厚 4 — 10mm 的 II 型试样或用长 200mm 、宽 15mm 的长条试样。 ④每组试样不少于 5 个。 (四)实验步骤 1 ．实验条件

(1) 试验速度 ( 空载 ) A ： (10 土 5)mm ／ min 、 B ： (50 土 5)mm/min ， C ： (100 土 10)mm ／ mmin 或 (250 土 50)mm ／ min 。

①热固性塑料、硬质热塑性塑料，用 A 速。

②伸长率较大的硬质、半硬质热塑性塑料 ( 如 PP 、 PA 等 ) ，用 B 速。

③软板、片和薄膜用 C 速。相对伸长率≤ 100 ％的用 (100 土 10)mm ／ min 速度，相对伸长率＞ 100 ％的用 (250 土 50)mm ／ min 速度。

(2) 测定模量时可用 1 — 5mm ／ min 的拉伸速度，其变形量应准确至 0 ． 01mm 。 2 ．以机械式拉伸试验机为例：按 GB1039 — 92 标准方法的规定调节试验环境处理试样 (1)试验环境 温度：热塑性塑料 (25 土 2) ℃，热固性塑料 (25 土 5) ℃。 湿度：相对湿度 (65 土 5) ％。

(2) 试样预处理 将试样置于标准环境中，使其表面尽可能暴露在环境里。不同厚度 d 的试样处理时间如下： d ≤ 0 ． 25mm 的试样不少于 4h ； 0 ． 25mm ≤ d ≤ 2mm 的试样不少于 8h ； d ＞ 2mm 的试样不少于 16h 。

(3) 测量试样的厚度和宽度 模塑试样和板材试样准确至 0 ． 05mm ；片材试样厚度 0 ． 01mm ；薄膜试样厚度 0 ． 001mm ；每个试样在距标线距离内测量三点，取算术平均值。

(4) 测试伸长时 应在试样上被拉伸的平行部分作标线，此标线对测试结果不应有影响。

(5) 用夹具夹持试样时 要使试样纵轴方向中心与上、下夹具中心连线相重合，并且松紧适宜，不能使试样在受力时滑脱或夹持过紧在夹口处损坏试样。夹持薄膜试样要求在夹具内衬垫橡胶之类的弹性薄片。 (6) 按所选择的速度 开动机器，进行拉伸试验。

(7) 试样断裂后 读取负荷及标距间伸长，或读取屈服时的负荷。若试样断裂在标距外的部位，则此次试验作废，另取试样补做。

(8) 测定模量时 应记录负荷及相应变形量，作出应力—应变曲线。 (五)实验结果及数据处理

(1) 拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力以σ 1 (MPa ＝ 1N ／ mm 2 ) 表示，按下式计算：

F ——最大负荷、断裂负荷、屈服负荷， N b ——试样宽度， mm d 一一试样厚度， mm

(2) 断裂伸长率ε 1 （ % ）按下式计算：

式中 G 0 —试样原始标线间距离， mm G —试样断裂时标线间距离， mm

(3) 弹性模量以 E 1 (N ／ mm 2 ) 表示。为了计算弹性模量，通常要作出应力—应变曲线，再从曲线的初始直线部分按下式计算弹性模量 E 1 ：

式中 σ——应力， (N ／ mm 2 ) ε——应变， mm ／ mm

(4) 实验数据的处理。

①σ 1 取三位有效数字 ( 薄膜取二位 ) ，ε 1 、 E 1 ，取二位有效数字，起码三个有效试验数据的算术平均值表示实验结果。

②如果要求计算偏差值 S ，由下式进行计算：

式中 X —一单个测定值 ——一组测定值的算术平均值 n ——测定个数

(六)实验报告或实验记录的内容 １．被测试材料的名称、规格、牌号 ２．试样的制备方法。 ３．试样的形状和尺寸 ４．试样的预处理。 ５．试验的环境温度和湿度 ６．试验机的型号。 ７．试验速度。

８．试验有效试佯的数量。 ９．拉伸屈服应力。 １０．拉伸断裂应力。 １１．拉伸强度。 １２．断裂伸长率。 １３．弹性模量。

１４．试验日期、人员。 (七)实验注意事项

１．因试样的厚度及宽度对结果影响很大，同一种塑料若试样的尺寸不同，其拉伸强度试验结果有一定差异，所以在加工试祥、测量试样尺寸时，持别要注意被测试样的尺寸和公差是否在标准所规定的范围内。注射模塑试样往往后收缩较大，被测部位若出现轻微缩痕影响平整度要注意多测几点，以得出其真实尺寸。 ２．用成型裁刀裁取试样，要注意经常检查裁刀锋利情况，刀刃曲线是否均匀、细直，稍有缺陷及时研磨或更换，试样的细微缺陷对拉伸试验结果影响极大。

３．试验条件即温度、湿度和速度对试验结果也有较大的影响。往往温度偏高．拉伸强度偏低，伸长率偏大、反之规律相反。拉伸速度越快，伸长率越小，强度偏高。因此，试验前对试样的处理、试验环境条件以及试验速度的选择都要严格按标准规定进行。

４．由于力学试验影响因素多，结果的重现性较差，要特别注意制样时方法、工艺、设备、工具的一致。做对比试验，最好同一人员操作，以保证得出正确的结论。

５．对不熟悉的材料，正式测试之前要进行预测负荷和速度等，为正式测试做好准备。 ６．日常对拉伸试验机等设备要注意保养、实验时处于良好状态。 (八)思考题

１．叙述塑料拉伸试验原理。

２．为什么试验温度偏高，试样的拉伸强度偏低 ３．为什么试验速度越快，断裂伸长率越低 ?

４．试样拉伸试验过程出现分子定向 ( 纲领 ) ，对结果有什么影响，为什么 ? ５．注射成型模塑拉伸试样模具的设计和保养特别要注意些什么 ?