实验四 聚合物材料力学性能的测试
第四篇 聚合物材料的动态力学分析DMTA
（1）扭摆法
由振幅A可求得对数减量Δ ：
ln A1 ln A2 ln A2 ln A3 ...... ln A A1 A ln 2 ..... ln n A2 A3 An1
式中：A1、A2、A3……An、An+1分别为个相应振幅的宽 度。 剪切模量G’由曲线求得，与1/P2成正比； 损耗模量G”和内耗角正切tgδ计算：
E" tg E'
—损耗因子
2、聚合物力学性质与温度、频率、时间的关系
聚合物的性质与温度有关，与施加于材料上外力 作用的时间有关，与外力作用的频率有关。 为了了解聚合物的动态力学性能，我们有必要进 行宽广的温度范围对性能的测定，简称温度谱； 在宽广的频率范围内进行测定，简称频率谱。
动态力学曲线
动态力学曲线
频率谱—在恒温、恒应力下，测量 动态模量及损耗随频率变化的试验 ，用于研究材料力学性能与速率的 依赖性。图14-4是典型非晶态聚合 物频率谱图。 当外力作用频率ω» 链段运动最可 几频率ω0时，E’很高，E”和tanδ 都很小；当ω« ω0时，材料表现出 理想的高弹态，E’很小，E”和 tanδ都很小；当ω=ω0时链段运 动有不自由到自由，即玻璃化转变 ，此时E’急剧变化，E”和tanδ都 达到峰值。
图14-4 lgE’、lgE”和tanδ对lgω关系
通过测定聚合物的DMA谱图，可以了解到材料在 外力作用下动态模量和阻尼随温度和频率变化的 情况，所测的动力学参数有效地反映了材料分子 运动的变化，而分子运动是与聚合物的结构和宏 观性能紧密联系在一起的，所以动态力学分析把 了解到的分子运动作为桥梁，进而达到掌握材料 的结构与性能的关系。
（二）强迫共振法
指强迫试样在一定频率范围内的恒幅力作用下发生振 动，测定共振曲线，从共振曲线上的共振频率与共振 峰宽度得到储能模量与损耗因子的方法。 A 共振峰宽度：共振曲线上 2 处所对应的两个频率之 差 f r f2 f1；有时也取最大振幅的一半时两频率之 差。 2 f 或 f 储能模量正比于 r r ( fr为共振频率) ； tan f r f r 损耗因子： A
材料力学性能检测方法
材料被剪切时承受的最大剪切应力。表征材料 的抗剪能力。
通用的测试方法
1
样本制备
样本的制备要求标准化，以确保测试结果的可靠性。
2
测试装置
测试装置需要根据被测试样本的类型和测试方法来选择。
3
测试数据采集
利用传感器或者图像记录仪等设备采集过程数据。
拉伸测试
步骤
应用
拉伸机器上滑块牢固地固定样本 的一端，而另一端则固定于移动 的夹头上。拉伸机慢慢施加拉力， 同时采集被拉伸样本的数据。
弯曲测试
步骤
悬臂梁实验是评估材料弯曲性 能的一种标准化测试方法，它 通常具有固定的距离，其中一 个端口支持弯曲材料，而另一 个端口可以逐渐增加负载。
应用
弯曲测试常用于评估钢筋或梁 的承载力量。
结果分析
从实验结果可以获得最大负荷、 位移等信息。
剪切测试
1
步骤
样品以一定角度来进行剪切。通过测量剪切前后的变形，可以计算出材料的剪切 模量和剪切强度。
测试结果分析及实例
数据分析
通过统计数据和对测试结果进行图表分析，可以看 出材料力学性能的相关趋势。
测试实例
比较不同种类的钢筋的拉伸强度，可帮助工程师选 择最合适的钢筋来保证工程的质量。 Nhomakorabea2
应用
剪切测试可用于测试塑料、橡胶、各种金属、玻璃和地板等材料的质量。
3
结果分析
测量结果可以提供材料的剪切模量，这是其应用于工程中的重要参数。
其他测试方法
冲击测试
测量物体的抗冲击能力，通常用 于测试金属和聚合物等材料。
硬度测试
测量材料的抗压强度，通常用于 测试金属材料的硬度。
疲劳测试
测量材料在反复应力下的寿命， 通常用于评估材料的耐用性。
聚合物动态力学性能的测定.
实验7 聚合物动态力学性能的测定聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。
材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。
测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ）一、二、实验目的了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。
了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。
掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。
掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。
实验原理聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。
研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。
这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。
应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δϖσσ+=t (7-1))900(0<<δ应变t ϖεεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。
式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。
图7.1 应力应变和时间的关系将式（7-1）展开为：δϖσδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3)即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δϖσt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δϖσt 与应变相差2/π。
根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即t E t E ϖεωεσcos ''sin '00+= （7-4）此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。
聚合物复合材料力学性能研究报告
聚合物复合材料力学性能研究报告摘要：本研究报告旨在探讨聚合物复合材料的力学性能。
通过实验研究和数值模拟方法，我们对聚合物复合材料的强度、刚度、断裂韧性以及疲劳性能进行了全面分析。
研究结果表明，聚合物复合材料在力学性能方面具有优异的表现，但也存在一些局限性。
本报告提供了对聚合物复合材料力学性能的深入理解，为材料设计和应用提供了重要参考。
1. 引言聚合物复合材料是由聚合物基体和增强剂组成的复合材料，具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性等优点。
随着科技的发展，聚合物复合材料在航空航天、汽车工业、建筑和体育器材等领域得到广泛应用。
为了更好地利用聚合物复合材料的优势，深入研究其力学性能至关重要。
2. 实验方法本研究采用了标准的拉伸、弯曲和压缩试验来评估聚合物复合材料的力学性能。
我们选择了几种常见的聚合物基体和增强剂进行实验，包括碳纤维、玻璃纤维和纳米填料等。
通过测量材料的应力-应变曲线，我们可以获得材料的强度、刚度和断裂韧性等参数。
3. 结果与讨论实验结果表明，聚合物复合材料具有较高的强度和刚度。
增强剂的加入可以显著提高材料的力学性能。
碳纤维增强聚合物复合材料在强度和刚度方面表现出色，适用于要求高强度和刚度的应用。
玻璃纤维增强聚合物复合材料具有较好的韧性和耐冲击性，适用于需要抗冲击性能的应用。
纳米填料的加入可以改善聚合物复合材料的疲劳性能，延长其使用寿命。
4. 数值模拟为了更全面地了解聚合物复合材料的力学性能，我们采用数值模拟方法对其进行了研究。
通过有限元分析，我们可以模拟材料在不同载荷下的应力分布和变形情况。
数值模拟结果与实验结果相吻合，验证了实验的准确性。
5. 局限性与展望尽管聚合物复合材料具有许多优点，但也存在一些局限性。
例如，聚合物基体材料在高温环境下容易软化，导致力学性能下降。
此外，复合材料的制造成本较高，限制了其广泛应用。
未来的研究可以重点关注这些问题，并寻找解决方案，进一步提高聚合物复合材料的力学性能。
聚合物材料中的流变性能测试分析
聚合物材料中的流变性能测试分析在聚合物材料的开发、制造和应用过程中，流变性能测试是一个重要的环节，其能够有效地评估材料的变形行为、力学性能以及应用性能。
因此，了解聚合物材料中的流变性能及其测试分析方法，对于提高聚合物材料的应用性能、推动聚合物材料的研究和应用具有重要的意义。
一、聚合物材料的流变性能聚合物材料是指一类具有高分子结构的材料，其分子量通常高于10万，这种材料的性能是由其分子结构决定的。
在应用场合中，聚合物材料的性能会随着其形状、尺寸和应力状态的变化而发生变化。
因此，聚合物材料的流变性能对于其应用性能的评估和控制具有重要的作用。
聚合物材料的流变性能包括了黏弹性、塑性和蠕变等性质。
黏弹性是指聚合物材料在受到一定应力时的变形能力，即材料随时间的变形量。
塑性是指聚合物材料在受到应力时，随着应力的增加发生的可塑性变形。
蠕变是指聚合物材料在受到恒定应力时，材料随时间的收缩变形。
二、聚合物材料的流变性能测试聚合物材料的流变性能测试是利用流变仪对聚合物材料进行测试，主要包括剪切模量、黏性、塑性和流量指数等参数的测试。
其测试过程是将样品装入流变仪的测量室中，然后通过引入规定的变形应力，来测定聚合物材料在规定的应力范围和频率下的流变性能。
流变仪是一种专门用于测量材料流变性质的仪器。
其主要原理是利用试样在测量室中应变或位移的变化来计算材料在不同应力下的黏弹性、塑性、蠕变等性质。
流变仪可以通过调节控制板的参数，来控制样品的速度、应力、频率和温度等参数，从而实现对材料流变性质的测试和分析。
三、聚合物材料流变性能测试分析1.剪切模量测试分析剪切模量是衡量材料刚度和变形能力的重要参数。
聚合物材料的剪切模量随着应力的增加而增加，因此，其在应用过程中往往需要具有一定的刚度和力学性能。
流变仪可以通过调节控制板的参数，来测定样品在不同应力下的剪切模量。
2.黏性测试分析黏性是衡量材料流体性质的重要参数。
聚合物材料的黏性随着应力的增加而减小，因此其应用过程中不易出现黏滞和流动离散等情况。
刚性聚合物基复合材料的力学性能研究
刚性聚合物基复合材料的力学性能研究引言：刚性聚合物基复合材料是一种具有优异性能的材料，由聚合物基体和填充剂组成。
其独特的力学性能与其结构和组成有着密切关系。
本文将探讨刚性聚合物基复合材料的力学性能研究，包括力学性能测试方法、材料组成对力学性能的影响等。
力学性能测试方法：刚性聚合物基复合材料的力学性能测试是评估其性能的重要手段之一。
常用的力学性能测试方法包括拉伸测试、压缩测试、弯曲测试等。
拉伸测试用于评估材料的拉伸强度和延展性，压缩测试用于评估材料的抗压强度，而弯曲测试则用于评估材料的刚度和韧性。
这些测试方法的结果可以提供材料的力学性能参数，如弹性模量、断裂应力等。
材料组成对力学性能的影响：刚性聚合物基复合材料的力学性能受到材料组成的影响。
首先，填充剂的类型和含量是决定复合材料力学性能的重要因素之一。
常见的填充剂包括纤维素、碳纤维、玻璃纤维等。
纤维素填充剂具有高强度和高刚度，可以提高复合材料的拉伸和弯曲性能。
其次，基体树脂的选择也会影响力学性能。
不同的树脂具有不同的硬度和韧性，进而影响复合材料的强度和延展性。
力学性能与应用：刚性聚合物基复合材料的力学性能决定了其在不同领域的应用。
例如，在航空航天领域，复合材料广泛应用于飞机结构中，如机翼、机身等。
其高强度和轻质特性使得飞机具有更好的性能和燃油经济性。
在汽车工业中，复合材料可以用于制造车身结构，提高汽车的安全性和燃油经济性。
此外，在建筑领域，复合材料可以用于加固混凝土结构，提高抗震性能。
未来发展方向：刚性聚合物基复合材料的力学性能研究还有许多未被充分探索的领域。
首先，随着纳米技术的快速发展，可以通过纳米填充剂改善复合材料的力学性能。
其次，新型基体树脂的研发也是一个重要的方向，通过优化树脂的力学性能，可以进一步提高复合材料的整体性能。
此外，开发更加精确和可靠的力学性能测试方法也是未来的研究方向之一，以更好地评估复合材料的性能并指导实际应用。
结论：刚性聚合物基复合材料的力学性能研究是一个重要的领域，具有广泛的应用前景。
聚合物材料的力学性能研究
聚合物材料的力学性能研究一、引言聚合物材料因其优异的物理性质和低成本的生产工艺在工业中被广泛使用，然而聚合物材料的力学性能成为了影响其应用范围的一个关键因素。
在工程应用中，聚合物材料必须具备一定的力学性能，例如强度、韧性、刚度等。
因此，研究聚合物材料的力学性能具有极其重要的意义。
本文将分别从强度、韧性和刚度三个方面探讨聚合物材料的力学性能研究。
二、聚合物材料的强度研究强度是指受力材料最大承受力的能力。
在聚合物材料中，强度受到化学结构、晶化程度和制备工艺等因素的影响。
其中，聚合物的化学结构对其强度性能的影响最大，因为它决定了聚合物的分子量、分子量分布和化学键的类型和数量。
此外，影响聚合物材料的强度还包括晶化程度和制备工艺等因素。
研究表明，化学结构和分子量是影响聚合物材料强度的最主要因素。
其中，分子量的大小和分子量分布的宽窄对聚合物材料的强度影响极大。
较高的分子量和较窄的分子量分布可以提高聚合物材料的强度。
而分子量过高或分子量分布过窄会导致聚合物材料的加工难度增加，从而影响其生产工艺。
此外，化学结构的差异也会对聚合物材料的强度产生不同的影响。
例如在聚乙烯和聚丙烯等同属于烯烃类聚合物材料中，不饱和度的增加会降低其强度，而在芳香族聚合物材料中，饱和度的增加反而会降低其强度。
三、聚合物材料的韧性研究韧性是指材料在受冲击载荷时形变和吸收能量的能力。
聚合物材料的韧性受到其结晶度、分子量和分子量分布等因素的影响。
研究表明，增加聚合物材料的结晶度可以提高其韧性。
这是由于高结晶度会使聚合物分子之间的相互作用变强，从而增加聚合物材料的强度和韧性。
分子量和分子量分布的影响也与强度类似，即分子量和分子量分布的增加可以提高聚合物材料的韧性，但过高的分子量和过窄的分子量分布会影响材料的加工和生产。
此外，制备工艺也对聚合物材料的韧性产生影响。
例如，在高速注塑成型中，熔融聚合物材料受到剪切力的作用，从而影响其晶化程度和结晶形态，进而影响聚合物材料的韧性。
聚合物动态力学性能测定
实验7 聚合物动态力学性能的测定聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。
材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。
测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ）一、二、实验目的了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。
了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。
掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。
掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。
实验原理聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。
研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。
这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。
应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δϖσσ+=t (7-1))900(0<<δ应变t ϖεεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。
式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。
图7.1 应力应变和时间的关系将式（7-1）展开为：δϖσδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3)即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δϖσt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δϖσt 与应变相差2/π。
根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即t E t E ϖεωεσcos ''sin '00+= （7-4）此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。
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实验六聚合物材料拉伸性能的测试
一、实验目的：
1、通过实验了解聚合物材料拉伸强度及断裂伸长率的意义。
2、熟悉它们的测试方法
3、通过测试应力—应变曲线来判断聚合物材料的力学性能。
二、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。
这里所谓应力是指拉伸力引起的在试样内部单位截面上产生的内应力而应变是指试样在外力作用下发生形变时，相对其原尺寸的相对形变量。
材料的组成、化学结构及聚态结构都会对应力与应变产生影响。
应力—应变实验所得的数据也与温度、湿度、拉伸速度有关，因此应规定一定的测试条件。
三、主要仪器设备及原料：
1、主要仪器设备：万能试验机
2、主要原料：各种高分子试样
四、操作方法和实验步骤：
1、试样制备
拉伸实验中所用的试样依据不同材料加工成不同形状和尺寸。
每组试样应不少于5个。
试验前需对试样的外观进行检查试样，表面平整无气泡、裂纹、分层和机械损伤等缺陷。
另外为了减小环境对试样性能的影响，应在测试前将试样在测试环境中放置一定时间，使试样与测试环境达到平衡。
一般试样越厚，放置时间应越长。
具体按国家标准规定。
2、拉伸性能的测试
①将合格试样编号并在试样平行部分划二标线，即标距。
测量试样工作段任意三处宽度和厚度，取其平均值。
②安装拉伸试验用夹具。
③调整引伸计标距至规定值。
④装夹试样，要使试样纵轴与上下夹头的中心线重合。
⑤在工作段装夹大变形引伸计，使引伸计中心线与上下夹头的中心线重合。
⑥录入试样信息并按照标准设置试验条件。
⑦联机。
检查屏幕显示的试验信息是否正确，如有不适之处进行修改，然后
对负荷清零、轴向变形清零、位移清零。
按“试验开始”键进行试验。
⑦横梁以设定的速度开始移动，同时屏幕显示出试验曲线，根据需要可随时打
开想要观察的曲线。
如应力—应变曲线、负荷—变形曲线等多种曲线
⑧观察试样直到被拉断为止，按“试验结束”键结束试验。
按“数据管理”键查看试验结果。
五、实验报告：
1、简述实验原理。
2、明确操作步骤和注意事项。
3、附实验中测试所得的多种曲线。
六、思考题
1、影响拉伸强度的因素有哪些？
2、在拉伸实验中如何测定模量？。