高分子材料性能学及测试
高分子材料性能测试力学性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 I
3.1 拉伸性能
(c)旳特点是硬而强。拉伸强度和弹性模量大，且有合适旳伸长率，如硬聚氯乙烯等。(d)旳特点是软而韧。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。
3.1 拉伸性能
3.1.2 高分子经典应力－应变曲线 III
(e)旳特点是硬而韧。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
塑性(Plasticity)：外力作用下，材料发生不可逆旳永久性变形而不破坏旳能力。
Mechanical properties of materials
应 力
应 变
Mechanical properties of materials
3.1 拉伸性能
3.1.1 应力－应变曲线
Байду номын сангаас
高分子应力-应变过程
3.1 拉伸性能
电子万能试验机
3.1 拉伸性能
3.1 拉伸性能
3.1.5 拉伸性能测试原理 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，经过测量试样旳屈服力、破坏力和试样标距间旳伸长来求得试样旳屈服强度拉伸强度和伸长率。
3.1 拉伸性能
3.1.6 测量方法即实验环节 ①试样旳状态调节和试验环境按国家原则规定。②在试样中间平行部分做标线，示明标距。③测量试样中间平行部分旳厚度和宽度，精确到0.01mm，II型试样中间平行部分旳宽度，精确到0.05mm，测3点，取算术平均值。④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。⑤选定试验速度，进行试验。⑥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，另取试样补做。
高分子材料三大测试标准介绍与性能分析
•比重
•收缩率 •吸水率
•含水率
•硬度
物理性能
标准：ASTM D792/ISO1183-3 塑料的比重即塑料的密度, 单位为g/cm3。 常用的两种方法：浸渍法（成型 塑料），比重瓶法（粉料、粒 料）
塑料的比重大小，会直接 影响到产品的重量以及成本。同 样重量的产品，如果原料比重 越小，每公斤原料可以产出更 多的产品。反而，原本比重越大， 产出的产品数量会更少。
以规定直径的钢球压头，先用初载荷压入试样，继而增至 主载荷，然后恢复至初载荷，造成的压痕深度增量作为材料硬 度，称为洛氏硬度。以符号HR表示 e HR K c
e——初载荷增至主载荷再返回初载荷的压痕深度增量（mm） c——常数，0.002mm K——常数，130
洛氏硬度标尺 R L M E
结晶也会使体积进一步减小，所以结晶性材料的收缩率较大。如：
结晶 收缩率 PBT 1.82.0 PET 2.02.5 POM 2.02.5 非晶 收缩率 PC 0.50.7 ABS 0.40.6 PMMA 0.30.7
收缩率对产品的设计很重要，尤其是对尺寸精度要求高的 产品。材料收缩的预判可避免产品凹陷和翘曲。
CTI值 级别
大于600 0
400-599 1
250-399 2
175-249 3
100-174 4
小于100 2
电性能
电性能
介质在外加电场时会感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与 最终介质电场比值即为介电常数，如果有高相对介电常数的材料放进电 场，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数与所加的电场频率 有关，一般有50Hz/1KHz。 相对介电常数越小，材料的绝缘性越好。 PS 1.05—1.5 ABS 1.5—2.5 PVC 1.3—1.4 PE 1.4—1.6 PP 1.5—1.8 PMMA 3.0—3.6
高分子材料性能测试实验报告
高分子材料性能测试实验报告一、实验目的本实验旨在对常见的高分子材料进行性能测试，以深入了解其物理、化学和机械性能，为材料的选择和应用提供科学依据。
二、实验材料与设备1、实验材料聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）2、实验设备电子万能试验机热重分析仪（TGA）差示扫描量热仪（DSC）硬度计冲击试验机三、实验原理1、拉伸性能测试高分子材料在受到拉伸力作用时，会发生形变。
通过测量材料在拉伸过程中的应力应变曲线，可以得到材料的拉伸强度、断裂伸长率等性能指标。
2、热性能测试TGA 用于测量材料在加热过程中的质量损失，从而分析材料的热稳定性和组成成分。
DSC 则可以测量材料在加热或冷却过程中的热量变化，用于研究材料的相变温度、玻璃化转变温度等。
3、硬度测试硬度是衡量材料抵抗局部变形的能力。
硬度计通过压入材料表面一定深度，测量所施加的力来确定材料的硬度值。
4、冲击性能测试冲击试验机通过施加冲击载荷，测量材料在冲击作用下的吸收能量，评估材料的抗冲击性能。
四、实验步骤1、拉伸性能测试将高分子材料制成标准哑铃状试样。
安装试样到电子万能试验机上，设置拉伸速度和测试温度。
启动试验机，记录应力应变曲线。
2、热性能测试称取一定量的高分子材料样品，放入 TGA 和 DSC 仪器的样品盘中。
设置升温程序和气氛条件，进行测试。
3、硬度测试将试样平稳放置在硬度计工作台上。
选择合适的压头和试验力，进行硬度测量。
4、冲击性能测试制备标准冲击试样。
将试样安装在冲击试验机上，进行冲击试验。
五、实验结果与分析1、拉伸性能聚乙烯（PE）：拉伸强度较低，断裂伸长率较高，表现出较好的柔韧性。
聚丙烯（PP）：拉伸强度较高，断裂伸长率适中，具有一定的刚性和韧性。
聚苯乙烯（PS）：拉伸强度较高，但断裂伸长率较低，脆性较大。
聚氯乙烯（PVC）：拉伸强度和断裂伸长率因配方不同而有所差异。
2、热性能TGA 结果显示，不同高分子材料的热分解温度和分解过程有所不同。
高分子材料分析与测试
高分子材料分析与测试引言高分子材料是一类重要的工程材料，在各个领域有着广泛的应用。
为了确保高分子材料的质量和性能，对其进行准确的分析与测试是至关重要的。
本文将介绍高分子材料分析与测试的基本原理、常用方法和技术，并对其在实际应用中的重要性进行讨论。
1. 高分子材料的特性分析高分子材料具有许多特殊的性质，如高分子链结构、长链分子的柔性和高分子材料的热性能等。
为了准确分析和测试高分子材料的特性，我们需要运用一些常用的分析方法。
下面介绍几种常用的高分子材料特性分析方法：•红外光谱分析：红外光谱是一种常见的高分子材料分析方法，通过对材料吸收、发射或散射红外辐射进行分析，可以确定材料的化学成分和结构。
•热分析：热分析是一种通过加热样品并监测其温度和质量变化来分析材料热性能的方法。
常见的热分析方法包括热重分析（TGA）和差热分析（DSC）等。
•X射线衍射（XRD）：XRD是一种通过测量材料对入射X射线的衍射情况来分析其晶体结构的方法。
通过XRD可以确定高分子材料的结晶性质和晶格参数。
•核磁共振（NMR）：核磁共振是一种通过测量材料中核自旋的共振现象来分析材料结构和化学环境的方法。
在高分子材料分析中，NMR可以提供关于材料分子结构、分子量和链结构等信息。
2. 高分子材料的力学性能测试高分子材料的力学性能是评价其质量和使用性能的关键指标之一。
为了准确测试高分子材料的力学性能，常用的测试方法包括：•拉伸测试：拉伸测试是一种通过施加拉伸力来测量材料在拉伸过程中的力学性能的方法。
通过拉伸测试可以确定高分子材料的强度、延展性和弹性模量等指标。
•弯曲测试：弯曲测试是一种通过施加弯曲力来测量材料在弯曲过程中的力学性能的方法。
通过弯曲测试可以确定高分子材料的弯曲强度和弯曲模量等参数。
•硬度测试：硬度测试是一种通过在材料表面施加静态或动态载荷来测量材料硬度的方法。
常用的高分子材料硬度测试方法包括巴氏硬度和洛氏硬度等。
•冲击测试：冲击测试是一种通过施加冲击载荷来测量材料抗冲击性能的方法。
高分子性能质量检测及测试仪器
高分子性能质量检测及测试仪器摘要高分子材料在现代工业中得到了广泛应用，其性能质量的检测和测试是确保产品质量的关键环节。
本文主要介绍了高分子材料性能质量检测的重要性，并介绍了常用的高分子性能质量检测及测试仪器。
1. 引言高分子材料是一类由大分子聚合生成的材料，具有良好的绝缘性、耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性等优良性能。
随着高分子材料的广泛应用，其质量问题也引起了人们的关注。
而高分子材料的质量问题往往与其性能密切相关，因此，高分子性能质量的检测和测试成为了确保产品质量的关键环节。
2. 高分子性能质量检测的重要性高分子材料性能质量检测的重要性主要体现在以下几个方面：2.1 保证产品质量高分子材料作为各种工业产品的基础材料，其质量直接影响着最终产品的质量。
通过对高分子材料的性能质量进行检测，可以及时发现和排除质量问题，确保最终产品的质量达到标准要求。
2.2 提高生产效率高分子材料性能质量的检测可以帮助生产厂家确定材料的具体性能参数，在生产过程中合理调整工艺参数，提高生产效率，降低生产成本。
2.3 研发新材料高分子材料性能质量检测技术的发展，可以为高分子材料新材料的研发提供有力支持。
通过对新材料的性能质量进行检测分析，可以评估其适用范围和潜在应用领域，为高分子材料科学研究提供指导。
3. 高分子性能质量检测及测试仪器3.1 热性能测试仪器热性能测试是高分子材料性能检测的重要手段之一。
常用的热性能测试仪器包括热重分析仪（TG）、差示扫描量热仪（DSC）和热膨胀仪等。
热重分析仪可以测定高分子材料在不同温度下的失重情况，从而了解材料的热稳定性。
差示扫描量热仪可以测定材料的热容量和热效应，用于研究高分子材料的热变性能。
热膨胀仪可以测定材料的热膨胀系数，用于研究材料的热膨胀性能。
3.2 机械性能测试仪器机械性能测试是评估高分子材料力学性能的主要方法。
常用的机械性能测试仪器包括万能材料试验机、冲击试验机和拉力试验机等。
万能材料试验机可以测定材料的拉伸、压缩、弯曲等力学性能。
高分子材料分析与测试方法
重点整理高分子材料分析与测试方法第一章 NMR一、名词解释1.同位素：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素。
2.弛豫：原子核通过无辐射的途径，由高能级回复到低能级的过程； 弛豫时间：原子核从高能态回复到低能态所需时间； 纵向（自旋-晶格）弛豫：体系与环境交换能量。
处于高能级的核将其能转移给周围分子骨架中的其它核，从而使自己返回到低能态的现象；横向（自旋-自旋）弛豫：核磁矩之间的相互作用。
两个相邻的核处于不同能级，进动频率相同，高能级核与低能级核通过自旋状态而实现能量转移所发生的弛豫现象。
3.核磁共振：在静磁场中，具有磁矩的原子核存在不同能级，用某一特定频率的电磁波照射样品，若电磁波满足一定条件，原子核发生能级跃迁的现象。
4.屏蔽效应：电子在外磁场作用下，产生了相对于外磁场方向的感应磁场，使核实际受到的外磁场作用减弱的现象；远磁屏蔽效应：除了核自身的核外电子云外，远处各类原子或基团的成键电子云也将产生感应磁场，使核所受磁场强度变化的现象；去屏蔽效应：核外电子产生的感应磁场与外加磁场方向相同，核所感受到的实际磁场强度增大的现象。
5.化学位移：由于不同环境下原子核共振频率或磁场强度发生变化，在谱图上反映出的出峰位置的移动。
6.诱导效应：由于电负性差异导致的基团对所连原子电子云密度的影响；共轭效应：由于共轭多重键π电子或p 电子转移，导致原子的电子云密度变化的现象。
7.耦合常数：发生自旋-自旋耦合裂分时，分裂峰之间的距离。
8.化学等价质子：在同一分子中，位于相同化学环境的，化学位移相同的质子；磁等价质子：一组化学等价质子，当它们与组外任一磁核耦合时，耦合常数若相等，则磁等价。
二、基本原理及仪器1.原子核的自旋运动 （1）核自旋运动条件自旋量子数I 可以是整数/半整数。
I ≠0时，原子核有自旋运动。
I ＝12：1H 1、13C 6、15N 7、31P 15； I ＝2：11B 5； I ＝1：2H 1、14N 7（2）核磁矩与磁量子数①P μγ=⋅ μ：核磁矩； γ：磁旋比，核的特征常数，原子核的重要属性； P ：自旋角动量。
高分子材料测试
高分子材料测试高分子材料是一种非常重要的新材料，它具有独特的性质和广泛的应用领域。
为了确保高分子材料的质量和性能，需要进行各种测试和评估。
下面将介绍高分子材料测试的方法和意义。
首先是物理性能测试。
高分子材料的物理性能包括力学性能、热性能、表面性能等方面。
机械测试是其中最基本的测试之一，它可以评估高分子材料的强度、硬度、韧性等力学性能。
热性能测试可以评估高分子材料的热稳定性、热导率等特性。
表面性能测试可以评估高分子材料的表面粗糙度、光泽度等特性。
这些测试可以通过拉伸试验、硬度测量、热分析、光学显微镜等仪器进行。
其次是化学性能测试。
高分子材料的化学性能包括化学稳定性、化学反应性等方面。
化学稳定性测试旨在评估高分子材料在特定化学环境下的耐化学性能。
化学反应性测试可以评估高分子材料在特定条件下的化学反应性。
这些测试可以通过化学荧光分析、质谱分析、红外光谱分析等仪器进行。
最后是应用性能测试。
高分子材料的应用性能是指它在具体应用中的性能表现。
例如，聚乙烯用于制作塑料袋时需要具有一定的拉伸强度和耐撕裂性能。
聚丙烯用于制作管道时需要具有一定的耐腐蚀性能和耐热性能。
为了评估高分子材料的应用性能，需要进行特定的测试。
这些测试可以通过实际应用环境模拟、产品性能测试等方法进行。
高分子材料的测试非常重要，它可以评估材料的质量和性能，为材料的选用和设计提供依据。
测试的结果可以用于指导材料的改进和优化，以满足特定的应用需求。
此外，高分子材料的测试还可以帮助保证产品的质量和安全，确保产品符合相关的标准和法规要求。
总的来说，高分子材料的测试是一个综合性的过程，需要综合考虑材料的物理性能、化学性能和应用性能。
通过科学的测试方法和仪器设备的应用，可以对高分子材料进行全面和准确的评估，为材料的应用和开发提供支持。
高分子材料测试的结果对于材料行业和相关领域的发展具有重要意义。
高分子材料的力学性能测试及其应用研究
高分子材料的力学性能测试及其应用研究高分子材料是一类重要的工程材料，主要用于纺织、建筑、电子、医药等领域。
高分子材料具有轻量、高强、高韧性、耐磨损、耐腐蚀等特点，因此广泛应用于各种领域。
在使用高分子材料的过程中，需要了解其力学性能，以便更好地设计、制造和使用。
本文将介绍高分子材料的力学性能测试方法和应用研究。
一、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括弹性性能、塑性性能和破坏性能。
其中弹性性能是指材料在受力后恢复原状的能力，主要包括弹性模量和泊松比。
塑性性能是指材料在受力后能够发生变形的能力，主要包括屈服强度和延伸率。
破坏性能是指材料在受到足够大的载荷后会发生破坏的能力，主要包括断裂韧性和破坏模式。
二、高分子材料的力学性能测试方法1、拉伸试验拉伸试验是最常用的高分子材料力学性能测试方法之一。
通过将试样拉伸至断裂点，测量其载荷与变形量的关系，可以得到材料的应力-应变曲线。
从应力-应变曲线中，可以计算出材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度和断裂伸长率等重要参数。
拉伸试验可以使用单轴拉伸机、万能试验机等设备进行。
2、压缩试验压缩试验是评估材料抗压能力的一种方法。
该试验通常以轴向载荷进行，压缩试验结果可以用于确定材料的体积模量或多轴应力状态下的应变量。
根据材料应变分布的不同，可以得到不同的应力-应变曲线，从而得到压缩弹性模量和屈服应力等参数。
3、剪切试验剪切试验可以评估材料的剪切性能，通常使用剪切试验机进行。
在剪切试验中，试样被植入两个夹具中，夹具沿着对称面施加力，使试样发生沿切平面的剪切变形。
通过测量必要的载荷和位移，可以获得材料剪切应力和剪切应变，并从中得出剪切模量和剪切强度等重要参数。
4、冲击试验冲击试验是评估材料耐冲击能力的一种方法。
通常在低温下进行，使用冲击试验机施加冲击载荷，在断裂前测量材料的冲击强度和断裂韧性等参数。
这种试验可以评估大多数高分子材料的耐冲击性和脆性，在材料开发和制造中具有重要的应用价值。
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( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶） 3.纤维 腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
材料受到的力F是与截面相平行、大小相等、方向相反的两个力。这时材料将 发生偏斜，偏斜角的正切值定义为切应变γ
A0
F
F
剪切应变： γ tan θ
剪切应力： F
A0
22ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（3）均匀压缩
材料受到的是围压力（流体静压力）P。发生体积形 变，体积由V0缩小至V。
压缩应变：
A0
V
V 0V V0
V V0
横向应变 轴向应变
m l
m0
l0
可以证明没有体积变化时，υ＝0.5，橡胶拉伸时就是这种情况。其他材料拉伸时，
υ<0.5.
25
υ与E和G之间有如下关系式：E = 2G(1+ υ) 因为0<υ≤0.5，所以2G<E≤3G。也就是说E>G，即拉伸比剪切困难.
23
1.1.2 弹性模量
单位应变所需应力的大小，是材料刚性的表征。模量的倒数称为柔量，是材料容易 形变程度的一种表征。
拉伸模量（杨氏模量）E： 剪切模量（刚性模量）G： 压缩模量（本体模量）K：
E
G
K
P
V
24
泊松比
材料在拉伸时，不仅有轴向伸长，同时有横向收缩。横向应变对轴向应变之比称 为泊松比，以ν 表示
9
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
变形能力
力 学
材料脆性
性能表力学性材能料软硬程度
征
材料抵抗外力能力
弹性、塑性 韧性 硬度
强度
10
11
五、材料性能的四个方面
宏观表征：表征材料性能的参数，如强度、硬度 微观本质：材料的性能是材料内部结构因素在一定
F
A0
l0
l F
A
拉伸应变： l l0 l
l0
l0
l
拉伸应力： F
A0
20
真应力-真应变
真应力：
真
F A
真应变:
真
d
0
l dl
l
ln
l0 l
l0
,真
真
ln l l0
ln l0
l0
l
ln(1
)
真应力-应变曲线 工程应力-应变曲线
,真
真 (1 ) 证明？
21
（2）简单切变
16
第1章 高分子材料的常规力学性能
17
力学性能：高分子材料抵抗变形和断裂的能力
弹性:材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力
塑性:是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力 强度:是材料对变形和断裂的抗力 寿命:是指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效
的能力 失效：材料在载荷与环境作用下服役，无法抵抗变形和断裂， 失去其预定的效能而损坏。
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
12
六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
13
七、本课程的主要学习任务
1.掌握高分子材料各种主要性能的宏观规律、物理 本质和工程意义 2.了解影响高分子材料性能的主要因素 3.掌握改善或提高高分子材料性能指标主要途径 4.了解高分子材料性能测试的原理、方法及相关仪 器设备 5.初步具备选用高分子材料、开发新型高分子材料 的必备基础知识与基本技能
高分子物理
高分子材料性能学
实用 价值
高分子材料
实际 应用
7
三、材料性能的概念
1.材料在给定外界物理刺激下产生的响应行为或 表现 2.表征材料响应行为发生程度的参数，即性能 指标（如模量、强度等）
8
四、材料性能的划分
力学性能：弹性、塑性、硬度、韧度、强度 性
能 划
物理性能：热学、磁学、电学、光学
分 耐环境性能：耐腐蚀性、老化、抗辐照性
5
二、 材料的四要素
成分/结构、制备/工艺、性质和使用性能
成分/结构、制备/工艺 决定固有性质
性质决定使用性能
使用性能决定材料 的用途
6
高分子科学各课程间的联系
成分/结构、制备
加工工艺、成型
高分子化学 聚合反应工程
高分子成型与加工
理论 和物质 基础
结构与性能关系 材料的使用性能 材料的分类与应用
14
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
2008年 6. 《高分子材料强度及破坏行为》傅政编，化学工业出版社，
2005年 7. 《高分子材料强度学》朱锡熊等编，浙江大学出版社，1992 年 8. 《高分子概论》代丽君等主编，化学工业出版社，2006年 9. 《高分子材料概论》吴奇晔等编，机械工业出版社，2004年 10. 《近代高分子科学》张邦华等编，化学工业出版社，2006年
常见的三大失效形式：磨损、腐蚀、断裂
18
1.1 力学性能的基本指标
1.1.1 应力与应变
当材料受到外力作用，它所处的条件又不能产生惯性移动时，其几何形状和尺寸会 发生变化，这种变化就称为应变，亦可称为形变。
定义单位面积上的附加内力为应力。
19
（1）简单拉伸 外力F是垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用于同一直线上的两个力.
高分子材料性能学及测试
一、材料分类 绪 论
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 高分子材料 • 复合材料
2
1.塑料
热固性塑料
(酚醛、脲醛等)
热塑性塑料
(PE,PP,PVC,PS,PMMA等)
塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，约 107~108Pa；受力形变可达百分之几至几百。
3
天然橡胶
(聚异戊二烯)