《塑料拉伸性能》PPT课件.ppt

拉伸性能测试介绍拉伸性能测试介绍主要内容主要内容n1 1 拉伸性能拉伸性能n2 2 拉伸性能测试原理拉伸性能测试原理及试样要求及试样要求n3 3 测量方法测量方法n4 4 拉力机使用说明拉力机使用说明n5 5 数据处理数据处理n6 6 实验设备实验设备n7 7 影响拉伸性能的因素影响拉伸性能的因素 材料力学性能的介绍材料力学性能的介绍The four types of stressesThe four types of stressesMechanical properties of materials强度强度(Strength)：材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破材料在载荷作用下抵抗塑性变形或破坏的最大能力。坏的最大能力。屈服强度：屈服强度：表示材料发生明显塑性变形的抗力表示材料发生明显塑性变形的抗力 PsPs或或 抗拉强度：抗拉强度：b b=P=Pb b/F/F0 0 断裂前单位面积上所承受的最断裂前单位面积上所承受的最大应力大应力刚度刚度(Stiffness)：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。弹性模量：弹性模量：E E/韧性韧性(Ductility)：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。能量的能力。断裂韧性：断裂韧性：K KICIC塑性塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆的永外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。久性变形而不破坏的能力。Mechanical properties of materials应 力应 变强度范畴刚度范畴塑性范畴韧性范畴Mechanical properties of materials1.1 1.1 定义定义拉伸强度：拉伸强度：在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉在拉伸试验中，试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。伸应力。拉伸应力：拉伸应力：试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的拉伸负荷。拉伸负荷。拉伸断裂应力：拉伸断裂应力：曲线上断裂时的应力。曲线上断裂时的应力。拉伸屈服应力：拉伸屈服应力：曲线上屈服点处的应力。曲线上屈服点处的应力。断裂伸长率：断裂伸长率：试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比。比。弹性模量：弹性模量：比例极限内，材料所受应力与产生的相应应变之比。比例极限内，材料所受应力与产生的相应应变之比。屈服点：屈服点：曲线上曲线上不随不随增加的初始点。增加的初始点。应变：应变：材料在应力作用下，产生的尺寸变化与原始尺寸之比。材料在应力作用下，产生的尺寸变化与原始尺寸之比。1 1 拉伸性能拉伸性能1.2 1.2 高分子应力高分子应力-应变过程应变过程 弹性形变弹性形变:（开始（开始-Y-Y）应力随应变正比地增加，直线斜率）应力随应变正比地增加，直线斜率=杨氏模量杨氏模量E E。由高。由高分子的键长键角变化引起的。分子的键长键角变化引起的。屈服应力：屈服应力：应力在应力在Y Y点达到极大值，这一点叫屈服点，其应力点达到极大值，这一点叫屈服点，其应力yy为屈服应力。为屈服应力。强迫高弹形变（大形变）强迫高弹形变（大形变）过了过了Y Y点应力反而降低，由于此时在大的外力帮助点应力反而降低，由于此时在大的外力帮助下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的下，玻璃态聚合物本来被冻结的链段开始运动，高分子链的伸展提供了材料的大的形变。这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样，只不过是在外力作用下发大的形变。这种运动本质上与橡胶的高弹形变一样，只不过是在外力作用下发生的，为了与普通的高弹形变相区别，通常称为强迫高弹形变。生的，为了与普通的高弹形变相区别，通常称为强迫高弹形变。这一阶段加热这一阶段加热可以恢复可以恢复。应变硬化应变硬化 继续拉伸时，由于分子链取向排列，使硬度提高，从而需要更大的继续拉伸时，由于分子链取向排列，使硬度提高，从而需要更大的力才能形变。力才能形变。断裂断裂 达到达到B B点时材料断裂，断裂时的应力点时材料断裂，断裂时的应力bb即是抗张强度即是抗张强度tt；断裂时的应；断裂时的应变变bb又称为断裂伸长率。直至断裂，整条曲线所包围的面积又称为断裂伸长率。直至断裂，整条曲线所包围的面积S S相当于断裂功。相当于断裂功。E E越大，说明材料越硬，相反则越大，说明材料越硬，相反则越软；越软；bb或或yy越大，说材料越强，相越大，说材料越强，相反则越弱；反则越弱；bb或或S S越大，说明材料越韧，相越大，说明材料越韧，相反则越脆。反则越脆。1.3 1.3 高分子典型应力应变曲线高分子典型应力应变曲线 I In(a)(a)的特点是软而弱。拉伸强度低，的特点是软而弱。拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大，如弹性模量小，且伸长率也不大，如溶胀的凝胶等。溶胀的凝胶等。n(b)(b)的特点是硬而脆。拉伸强度和的特点是硬而脆。拉伸强度和弹性模量较大，断裂伸长率小，如弹性模量较大，断裂伸长率小，如聚苯乙烯等。聚苯乙烯等。n(c)(c)的特点是硬而强。拉伸强的特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有适当的度和弹性模量大，且有适当的伸长率，如硬聚氯乙烯等。伸长率，如硬聚氯乙烯等。n(d)(d)的特点是软而韧。断裂伸的特点是软而韧。断裂伸长率大，拉伸强度也较高，但长率大，拉伸强度也较高，但弹性模量低，如天然橡胶、顺弹性模量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。丁橡胶等。1.3 1.3 高分子典型应力应变曲线高分子典型应力应变曲线1.3 1.3 高分子典型应力应变曲线高分子典型应力应变曲线 IIIIIIn(e)(e)的特点是硬而韧。弹性模的特点是硬而韧。弹性模量大、拉伸强度和断裂伸长率量大、拉伸强度和断裂伸长率也大，如聚对苯二甲酸乙二醇也大，如聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等酯、尼龙等常用高分子材料的应力-应变曲线2 2 拉伸性能测试原理拉伸性能测试原理及试样及试样参照标准参照标准国标国标GB/T 1040-92GB/T 1040-922.1 2.1 原理原理 拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉拉伸试验是对试样延期纵轴方向施加静态拉伸负荷，使其破坏，通过测量试样的屈服力、破伸负荷，使其破坏，通过测量试样的屈服力、破坏力和试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度坏力和试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度拉伸强度和伸长率。拉伸强度和伸长率。拉伸性能测试试样拉伸性能测试试样低碳钢低碳钢铝合金铝合金铸铁铸铁高分子材料高分子材料复合材料复合材料2.2 2.2 高分子试样的制备和尺寸要求高分子试样的制备和尺寸要求I I ：I I型试样及尺寸型试样及尺寸图图 I I型试样型试样I I型试样尺寸要求型试样尺寸要求2.2 II2.2 II型试样及尺寸型试样及尺寸图图 II型试样型试样II型试样尺寸要求2.2 2.2 试样的制备和尺寸要求试样的制备和尺寸要求IIIIII ：IIIIII型试样及尺寸型试样及尺寸图图 III型试样型试样III型试样尺寸要求2.2 2.2 试样的制备和尺寸要求试样的制备和尺寸要求IV IV：IVIV型试样及尺寸型试样及尺寸图图 IV型试样型试样IV型试样尺寸要求2.22.2试样的制备和尺寸要求试样的制备和尺寸要求V：塑料材料选择试样类塑料材料选择试样类型测试速度参考型测试速度参考 试样材料试样材料类型类型试样制备方法试样制备方法最佳厚度最佳厚度mmmm试验速度试验速度硬质热塑性塑硬质热塑性塑热塑性增强塑料热塑性增强塑料注塑注塑 模压模压4 4B C D E FB C D E F硬质热塑性塑料板硬质热塑性塑料板 热固性塑料板含层压板热固性塑料板含层压板机械加工机械加工2 2A B C D E A B C D E F GF G软质热塑性塑料及板软质热塑性塑料及板注塑、模压注塑、模压 板材机械加工板材机械加工和冲切加工和冲切加工2 2F G H IF G H I热固性塑料热固性塑料(含填充、增含填充、增强塑料）强塑料）注塑注塑 模压模压C C热固性塑料板热固性塑料板机械加工机械加工B C DB C DA:150%，B:220%，C:520%，D:1020%，E:2010%，F:5010%，G:10010%，H:20010%，I:50010%。为何要选定拉伸速度？为何要选定拉伸速度？n因为塑料属粘弹性材料，它的应力松驰过程与变因为塑料属粘弹性材料，它的应力松驰过程与变形速率紧密相关。应力松驰需要一个时间过程，形速率紧密相关。应力松驰需要一个时间过程，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增大。高速拉伸时，高分子链段的运动跟不上外力作用，呈现脆性行为，表现为拉伸强度增大，力作用，呈现脆性行为，表现为拉伸强度增大，断裂伸长率减少。断裂伸长率减少。n硬而脆的塑料硬而脆的塑料 较低的拉伸速度较低的拉伸速度n韧性塑料韧性塑料 较高的拉伸速度较高的拉伸速度3.3.测量方法测量方法试样的状态调节和试验环境按国家标准规定。试样的状态调节和试验环境按国家标准规定。在试样中间平行部分做标线，示明标距。在试样中间平行部分做标线，示明标距。测量试样中间平行部分的厚度和宽度，精确到测量试样中间平行部分的厚度和宽度，精确到0.01mm0.01mm，IIII型试样中间平行部分的宽度，精确型试样中间平行部分的宽度，精确到到0.05mm0.05mm，测，测3 3点，取算术平均值。点，取算术平均值。夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中夹具夹持试样时，要使试样纵轴与上下夹具中心连线重合，且松紧适宜。心连线重合，且松紧适宜。选定试验速度，进行试验。选定试验速度，进行试验。记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。记录屈服时负荷，或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，试样断裂在中间平行部分之外时，此试样作废，另取试样补做。另取试样补做。4 4 拉力机使用说明拉力机使用说明n 按以下顺序开机：试验机按以下顺序开机：试验机打印机打印机计算机。每次开机后，最好要预热计算机。每次开机后，最好要预热1010分分钟，待系统稳定后，再进行试验工作。钟，待系统稳定后，再进行试验工作。n准备好楔形拉伸夹具。若夹具已安装到试准备好楔形拉伸夹具。若夹具已安装到试验机上，则对夹具进行检查验机上，则对夹具进行检查,并根据试样的并根据试样的长度及夹具的间距设置好限位装置。长度及夹具的间距设置好限位装置。n 点击桌面上的点击桌面上的 图标图标,开始拉伸测试。开始拉伸测试。拉伸测试界面拉伸测试界面n分别将上、下夹具装到试验机的上、下接头上，分别将上、下夹具装到试验机的上、下接头上，插上插销，旋紧锁紧螺母。先搬动上夹具的上搬插上插销，旋紧锁紧螺母。先搬动上夹具的上搬把，使钳口张开适当的宽度，大于所装试样的厚把，使钳口张开适当的宽度，大于所装试样的厚度即可；将试样一端放入上夹具钳口之间，并使度即可；将试样一端放入上夹具钳口之间，并使试样位于钳口的中央，松开上搬把，将试样上端试样位于钳口的中央，松开上搬把，将试样上端夹紧。在夹好试样一端后，力值清零（点击力窗夹紧。在夹好试样一端后，力值清零（点击力窗口的口的 按钮）再夹另一端。按钮）再夹另一端。n将大变形的上下夹头夹在试样的中部，并保证将大变形的上下夹头夹在试样的中部，并保证上下夹头之间的顶杆接触，以保证试样原始标距上下夹头之间的顶杆接触，以保证试样原始标距的正确。本实验顶杆的间距设置为的正确。本实验顶杆的间距设置为50mm50mm。n点击点击 ，开始自动试验。，开始自动试验。n点击拉伸功能窗口点击拉伸功能窗口 ，进入数据处理窗口，进入数据处理窗口n点击数据处理窗口中的点击数据处理窗口中的 ，输入试样的宽度和厚度，之后确定，输入试样的宽度和厚度，之后确定退出，生成相关的报告退出，生成相关的报告n关闭试验窗口及软件。关机顺序：试验关闭试验窗口及软件。关机顺序：试验软件软件试验机试验机打印机打印机计算机。计算机。5 5 数据的处理数据的处理拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力按下式拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力按下式计算：计算：t t=F/bd=F/bd t t：拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力等，：拉伸强度或拉伸断裂应力、拉伸屈服应力等，MPaMPa；F F：最大负荷或断裂负荷、屈服负荷、偏置屈服负荷，：最大负荷或断裂负荷、屈服负荷、偏置屈服负荷，N N；b b：试样宽度，：试样宽度，mmmm；d d：试样厚度，：试样厚度，mmmm。n断裂伸长率按下式计算：断裂伸长率按下式计算：=(L-L=(L-L0 0)/L)/L0 0100%100%：断裂伸长率，：断裂伸长率，%；L L0 0：试样原始标距，：试样原始标距，mmmm；L L：试样断裂时标线间距离，：试样断裂时标线间距离，mmmm。电子万能试验机6 6 实验设备实验设备电子万能试验机的结构电子万能试验机的结构n主机主机交流伺服电机及传动系统、力传感器、机架、滚珠交流伺服电机及传动系统、力传感器、机架、滚珠丝杆、位移传感器、限位开关、控制面板、急停开关丝杆、位移传感器、限位开关、控制面板、急停开关等；等；n电控系统电控系统力测量系统、变形测量系统、位移测量系统及驱动力测量系统、变形测量系统、位移测量系统及驱动控制系统、通讯系统等；控制系统、通讯系统等；n微机软件微机软件由计算机进行试验方案制定与选择、数据处理、分由计算机进行试验方案制定与选择、数据处理、分析、试验过程检测、结果输出；析、试验过程检测、结果输出；n夹具夹具根据试样选取根据试样选取7 7 影响拉伸性能的因素影响拉伸性能的因素一）成型条件一）成型条件n成型过程中，制品受到热、分子取向等作用，影响其成型过程中，制品受到热、分子取向等作用，影响其力学性能力学性能n连续或者间歇过热造成分子热分解；连续或者间歇过热造成分子热分解；n成型压力、模具设计、温度等条件不适宜时，引起试成型压力、模具设计、温度等条件不适宜时，引起试样变形；样变形；n急剧冷却或缓慢冷却，引起残余应力的保留程度、结急剧冷却或缓慢冷却，引起残余应力的保留程度、结晶度、结晶粒子大小等方面不同；晶度、结晶粒子大小等方面不同；n成型过程使分子取向时引起各向异性；成型过程使分子取向时引起各向异性；n成型后热处理，制品除去残余应力。成型后热处理，制品除去残余应力。n例如，聚碳酸酯的成品经退火处理，成品的耐环境应例如，聚碳酸酯的成品经退火处理，成品的耐环境应力开裂改善，弯曲强度增加，但是冲击强度稍稍下降。力开裂改善，弯曲强度增加，但是冲击强度稍稍下降。(二)温度与湿度(二二)温度与湿度温度与湿度n热固性树脂不会因温度不同而得到不同的曲线。热固性树脂不会因温度不同而得到不同的曲线。n热塑性树脂，伴随着温度上升，曲线从硬脆性向黏热塑性树脂，伴随着温度上升，曲线从硬脆性向黏弹性转移。弹性转移。n塑料在塑料在Tg以下是坚硬的状态，超过以下是坚硬的状态，超过Tg时急速变软时急速变软n在在Tg附近，结晶性高分子弹性模量下降到附近，结晶性高分子弹性模量下降到110；无定形高分子弹性模量下降到数无定形高分子弹性模量下降到数11000。n结晶性高分子随温度变化伸长率在结晶性高分子随温度变化伸长率在1I000范范围内变化，拉伸强度在围内变化，拉伸强度在10倍以内变化。倍以内变化。（三拉伸速度的影响n塑料属粘弹性材料，它的应力松弛过程与变形速率紧密相关，应力松弛需要个时间过程。n当低速拉伸时，分子链产生位移、重排，呈现韧性行为。表现为拉伸强度减小，而断裂伸长率增大。n高速拉伸时，高分于链段的运动跟不上外力作用速度，呈现脆性行为。表现为拉伸强度增大，断裂伸长率减小。n不同品种的塑料对拉伸速度的敏感不同。硬而脆的塑料对拉伸速度比较敏感。一般采用较低的拉伸速度。n韧性塑料对拉伸速度的敏感性小，可以采用较高的拉伸速度，以缩短试验周期，提高效率。