实验4 聚合物拉伸强度和断 裂伸长率的测定
聚丙烯拉伸性能测试
聚丙烯拉伸性能测试
聚丙烯是一种常用的塑料材料，广泛应用于包装、日用品、汽车零件等领域。
在使用聚丙烯材料制成的制品时，其拉伸性能是一个重要的指标。
通过对聚丙烯的拉伸性能进行测试，可以评估其在受力状态下的表现，为产品设计和生产提供参考。
拉伸性能测试方法
仪器和设备
在进行聚丙烯拉伸性能测试时，通常会采用万能材料试验机。
该设备能够施加
不同的拉伸力，并记录拉伸过程中的应力和应变数据。
此外，还需要适当的夹具和样品制备工具。
样品准备
在进行拉伸性能测试前，需要准备符合标准要求的聚丙烯样品。
通常情况下，
样品应具有一定的尺寸和几何形状，以确保测试结果的可靠性和可比性。
测试步骤
1.将样品安装在万能材料试验机上，并设置合适的试验参数，如拉伸速
度、加载方式等。
2.开始测试，记录拉伸过程中的应力-应变曲线，并获取拉伸强度、屈
服强度、断裂伸长率等关键参数。
3.根据测试结果分析样品的拉伸性能表现，评估其适用性和可靠性。
结果分析与应用
通过对聚丙烯的拉伸性能测试，可以评估材料的拉伸强度、延展性等关键指标，为产品设计与材料选择提供重要参考。
在实际生产中，通过优化材料配方和加工工艺，可以改善聚丙烯制品的拉伸性能，提高产品质量和性能。
综上所述，聚丙烯的拉伸性能测试是评估材料性能的重要手段，通过科学合理
的测试方法和分析，可以有效提升产品质量和竞争力。
拉伸试验报告
实验2.6 聚合物复合材料拉伸试验一、实验原理及目的塑料的拉伸强度是塑料作为结构材料使用的重要指标之一，通常以材料被拉伸断裂前所承受的最大应力来衡量，它是用规定的实验温度、湿度和作用力速度在试样的两端施以拉力将试样拉至断裂时所需负荷力来测定的，此法还可测定材料的断裂伸长率和弹性模量。
影响拉伸强度的因素，除材料的结构和试样的形状外，测定时所用湿度和拉伸速率也是十分重要的因素。
本实验是对试样施加静态拉伸负荷，以测定拉伸强度、断裂伸长率及弹性模量。
二、实验设备Zwick/Roell万能材料试验机图 1 Zwick/Roell万能材料试验机三、实验原料PP（聚丙烯）图 2 由注射机注射成型而制得的PP试样四、实验步骤1.取四个PP试样，用游标卡尺测量中间段的宽度和厚度，每个项目测三次后去平均值。
记录下测得的数据。
2.打开Zwick万能材料试验主机电源，静候数秒，以待机器系统检测。
3.打开TestXpertⅡ测试软件，选取拉伸测试程序，编辑测试程序。
4.按主机“ON”按钮，以使主机与程序相连。
5.调整夹具的高度，以使夹具能充分夹紧试样。
6.用夹具夹持试验上端，保证垂直性，否则下端夹具无法顺利夹持试验。
图 3 已夹持好的试样7.放开下端夹具，点击“力清零”图标，以使力值清零。
然后再夹紧下端。
8.输入已测量好的宽度、厚度，设置拉伸速度。
9.点击“Start”图标，开始测试。
图 4 正在拉伸的试样10.拉伸断裂后，程序自动计算测试结果并作出图标。
11.取出试样。
12.点击“起始位置”图标以使夹具恢复到设定位置（或自动恢复到设定值），开始下一次测试。
13.所有测试结束后，保存测试结果文件，另存为*.zs2格式的文件。
退出程序。
14.关闭主机电源，清理工作台。
五、实验结论第一次拉伸时，设定拉伸速度为2mm/min，由于拉伸速度过慢，导致PP拉伸段再结晶，形成纤维组织，拉伸强度反而增大，在拉伸时间持续80分钟后，试样仍然无法拉断。
高分子物理实验大纲
《高分子物理》实验教学大纲课程代码：BS1004024X3课程名称：高分子物理实验实验学时：24学分： 1.5适用专业：高分子材料与工程一、实验目的与任务高分子物理实验是高分子科学体系的重要组成部分，是从事高分子科学与材料研究的最基础的实验技术，是研究和表征聚合物结构和性能关系的一门实验科学，是高分子材料与工程专业的一门专业必修课。
本课程的目的是使学生掌握测定和研究聚合物的结构、力学性能、热性能及溶液性质的方法和手段，对聚合物结构与性能之间关系获得初步认识，逐步具备一定的从事科学研究的思维方法和实验能力。
通过课程的学习使学生增加感性认识，加深理论知识的理解，提高学生的动手能力和实验技能，培养学生的科学态度和工作作风，为学生今后从事材料或相关领域的科学研究和技术开发工作打下初步基础。
二、实验主要培养的能力与技能1.使学生进一步理解高分子物理学中的一些基本概念和基本原理。
如：玻璃化温度、熔融指数、特性粘数、拉伸强度、断裂伸长率等。
2. 使学生了解聚合物结构和性能之间的关系，对晶态、非晶态、交联等聚合物结构与性能之间关系有所认识。
3. 使学生掌握测定和表征聚合物性质的一些基本方法、手段和操作，如分子量、流变行为、玻璃化转变温度、熔融指数及力学性能等。
三、实验方式与基本要求1．由指导教师讲解实验的基本要求、实验目的、基本原理、实验操作方法及注意事项。
2．分成实验小组5-10人，由学生独立操作并完成实验，记录实验数据。
每个实验时间为4学时。
3．实验数据由教师签字认可后，方可离开实验室。
4．学生根据自己的实验数据，通过了解实验基本原理和数学方程，独立地完成实验报告。
四、实验项目设置与内容提要四、实验环境要求或主要仪器设备要求万能试验机一台，偏光显微镜2台，差示扫描量热仪1台，旋转粘度计2台，熔融指数仪1台，乌氏粘度计5支，加热炉1套，恒温水浴锅5套五、考核方式与成绩评定标准1．实验过程中，教师巡视学生的实验操作情况，给出成绩。
拉伸强度与断裂伸长率 冲击强度
试样编号 截面积 mm2 1 40 上屈服应力 下屈服应力 最大负荷点 最大负荷 N Mpa Mpa 强度 Mpa 33.603 最大负荷 点伸长率 断裂负荷 N 拉伸强度 Mpa 断裂负荷 点伸长率
3 4 5 6 平均值
40.000 40.000 40.000 40.000 40.000
最大负荷 点伸长率 % 15.541
断裂负荷 N
拉伸强度 Mpa
16.240 13.411 14.493 13.753 12.667 14.351
972.120 591.585 604.956 492.611 490.887 369.794 586.992
24.303 14.790 15.124 12.315 12.272 9.245 14.675
33.602 21.379 22.170 21.263 21.176 22.099 23.615
1409.202 883.498 934.196 872.155 924.505 920.098 99.355 21.084 23.113 23.002 24.645
22.305 21.359 21.120 22.109 23.647
33.602 21.379 22.170 21.263 21.176 22.099 23.615
1409.202 883.498 934.196 872.155 924.505 920.098 990.609
35.230 22.087 23.355 21.084 23.113 23.002 24.645
断裂负荷 点伸长率 % 320.996
251.890 393.789 262.837 251.822 186.894 278.038
PP制品的各项性能测定
聚合物加工实验报告班级：12高分子材料与工程1班学号:1214121013姓名:矢名实验一PP/EPDM共混改性及挤出造粒、注塑实验二PE吹塑薄膜成型实验三EPDM橡胶的开炼及密炼实验四PP/EPDM性能测定实验五EPDM橡胶硫化曲线的测定实验四PP/EPDM性能测定聚合物拉伸性能测试一．实验目的(1)绘制聚合物的应力—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。
(2)观察不同聚合物的拉伸特征，了解测试条件对测试结果的影响；(3)熟悉电子拉力机原理以及使用方法。
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验。
拉伸实验是在规定的试验温度、湿度和速度条件下．对标准试样沿纵铀方向施加静态拉伸负荷，直到试样被拉断为止。
用于聚合物府应力-应变曲线测定的电子拉力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．经计算机处理后．测绘出试样在拉伸变形过程中的拉伸应力—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．弹件变形区和塑件变形区，在弹件变形区域，材料发省可完全恢复的弹性变形．应力与应变呈线性关系．符合胡克定律在塑性变形区，形变足是不可逆的塑性形变。
应力与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3-1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。
高分子物理实验讲解实用
实验 1 均衡溶胀法测定交联聚合物的溶度参数与交联度溶度参数是与物质的内聚能密度有关的热力学参数，实质上也是表征分子间作使劲的物理量。
在高分子溶液性质的研究中以及生产实质中，常常依靠溶度参数来判断非极性系统的互溶性。
比如，溶度参数对聚合物的溶解、油漆和涂料的稀释、胶黏剂的配制、塑料的增塑、聚合物的相容性、纤维的溶液纺丝等等，都有必定的参照价值。
对于交联聚合物，与交联度直接有关的有效链均匀分子量M C是一个重要的构造参数， M C的大小对交联聚合物的物理机械性能拥有很大的影响。
所以，测定和研究聚合物的溶度参数与交联度十分重要，均衡溶胀法是间接测定交联聚合物的溶度参数与有效链均匀分子量M C的一种简单易行的方法。
此外还可间接测得高分子-溶剂的互相作用参数x1。
一、实验目的：（1）认识溶胀法测聚合物溶度参数及M C的基来源理。
（2）掌握重量法测交联聚合物溶胀度的实验技术。
（3）大略地测出交联聚合物的溶度参数、M C及x1。
二、实验原理：聚合物的溶度参数不像低分子化合物可直接从汽化热测出，因为聚合物分子间的互相作用能很大，欲使其汽化，必然裂解为小分子，所以只好用间接的方法测定，均衡溶胀法是此中的一种方法。
交联构造的聚合物不可以为溶剂所溶解，但能汲取大批的溶剂而溶胀。
溶胀过程中，溶剂分子渗透聚合物内使体积膨胀，致使惹起三维分子网的伸展，而分子网遇到应力产生了弹性缩短力，阻挡溶剂进入网状链。
当这两种相反的偏向互相抵消时，即溶剂分子进入交联网的速度与被排出的速度相等，就达到了溶胀均衡态。
溶胀的凝胶其实是聚合物的溶解液，能溶胀的条件与线性聚合物形成溶液相同。
依据热力学原理，聚合物能够在液体中溶胀的必需调理是混杂自由能F m<0，而F m H m T S m (1)式中H m和S m分别为混杂过程中焓和熵的变化，T 为系统的温度。
因混杂过程的 S m为正当，故T S m必为正当。
明显，要知足F m，一定使H T S m。
聚合物材料拉伸性能
五 数据的记录与处理
编号 L0 (m) b (m) 1 2 3 4 5 平均
d (m) L (m) P (N) Ts(Mpa)
Eb(100 %)
参数说明
拉伸强度： TS=Pmax/bd (Mpa) 断裂伸长率： Eb=(L-L0)/L0×100% 式中：Pmax ：试样拉伸时的最大载荷 [N] b：试样宽度 [m] d：试样厚度 [m] L0：试样原始长度 [m] L：试样断裂时两线间距 [m]
应力-应变曲线
由应力-应变的相应值彼此对应的绘成曲线，通常以应
力值作为纵坐标，应变值作为横坐标。应力-应变曲线 一般分为两个部分：弹性变形区和塑性变形区，在弹
性变形区，材料发生可完全恢复的弹性变形，应力和
应变呈正比例关系。曲线中直线部分的斜率即是拉伸
弹性模量值，它代表材料的刚性。弹性模量越大，刚 性越好。在塑性变形区，应力和应变增加不在呈正比
电子拉力试验机
定义
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拉 伸负荷。 拉伸强度：在拉伸试验中试样直到断裂为止，所承受的最大拉伸 应力。 拉伸断裂应力：在拉伸应力-应变曲线上，断裂时的应力。 拉伸屈服应力：在拉伸应力-应变曲线上，屈服点处的应力。 断裂伸长率：在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量 与初始标距之比，以百分率表示。 ε断=(L-L0)/L0×100% 式中：L0------试样标线间距离，mm L-------试样断裂时标线间距离，mm 弹性模量：在比例极限内，材料所受应力与产生响应的应变之比。
关系，最后出现断裂。
试验方法
拉伸试验是对试样沿纵向施加静态拉伸负荷，使其 破坏。通过测定试样的屈服力，破坏力和试样间标 距间的伸长来求的试样的屈服强度，拉伸强度和伸 长率。
聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
④ IV型试样形状及以下分别见图2-4和表1-4。
图2-4 IV型试样 表1-4 IV型试样尺寸(mm)
(2)试样类型的选择 不同的材料由于尺寸效应不同， 故应尽量减少缺陷和结构不均匀性对测定结果的影响，按 表2选用国家标准规定的拉伸试样类型以及相应的实验速 度。
III型仅用于测定拉伸强度
(3) 试样的制备及要求
度应为使试样能在0.5~5min试验时间内断裂的最 低速度)。 • 3、 选择合适的夹具 ，样品在上下夹具上夹牢。夹
试样时，应试样的中心线与上下夹具中心线一致。 • 4、联接测试软件，测试。自动记录结果。 • 5、重复上述操作，测量下一个试样。
数据处理
• 1、拉伸强度δt 的计算 δt=[P/(bd)]X104 (Pa)
高分子物理实验
聚合物拉伸强度和断裂伸长率的 测定
指导教师：张予东 实 验 室： 化学院218
实验目的 实验原理 实验仪器 实验步骤 数据处理
实验目的
• 通过实验了解聚合物材料拉伸强度及断裂 伸长率的意义，熟悉它们的测试方法；
• 通过测试应力-应变曲线来判断不同聚合物 材料的力学性能。
实验原理
• 为了评价聚合物材料的力学性能，通常用 等速施力下所获得的应力-应变曲线来进行 描 述。
• (b)的特点是硬而脆。拉伸强 度和弹性模量较大，断裂伸长 率小，如聚苯乙烯等。
(c)的特点是硬而强。拉伸强度和 弹性模量大，且有适当的伸长率 ，如硬聚氯乙烯等。
(d)的特点是软而韧。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 。
(e)的特点是硬而韧。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。
• 应力是指拉伸力引起的在试样内部单位截 面上产生的内力；
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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： （2－13）
（2－14）
（2－15）
式中，伸长率即应变；为应力；为样品某时刻的伸长；为初始长度；为初始横截面积；为拉伸力；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(日本岛津AG－lOKNA)，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
物理量名称尺寸/mm公差/mm
L总长度（最小）150-
H夹具间距离115±5.0
C中间平行部分长度60±0.5
G0标距（或有效部分）50±0.5
W端部宽度20±0.2
D厚度4-
B中间平行部分宽度10±0.2 R半径（最小）60-
表2－8 II型试样公差尺寸
物理量名称尺寸/mm公差/mm L总长度（最小）110-
C中间平行部分长度9.5±2.0
d0中间平行部分厚度 3.2
d1端部厚度 6.5
W端部宽度45-
b中间平行部分宽度25±0.4
R0端部半径 6.5±1.0
R1表面半径75±2.0
R2侧面半径75±2.0
表2－9 III型试样公差尺寸
物理量名称尺寸/mm公差/mm L总长度（最小）115-
H夹具间距离80±5.0 C中间平行部分长度33±2.0 G0标距（或有效部分）25±0.2 W端部宽度25±0.2 d厚度2-
b中间平行部分宽度6±0.2 R0小半径14±0.2 R1大半径25±0.2
表2－10 IV型试样公差尺寸
物理量名称尺寸/mm公差/mm
L总长度（最小）250-
H夹具间距离170±5.0
G0标距（或有效部分）100±0.5
W宽度25±0.5
L1加强片间长度150±5.0
L2加强片最小长度50-
d0厚度2～10-
d1加强片厚度3～10-
D2加强片5o～30o-
θ加强片角度--
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？。