聚合物拉伸强度的测定

（2）
式中 ——电源角频率；
——并联等效交流电阻；
——并联等效交流电容。
通常称 为介质损耗角正切值，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比，是衡量材料损耗程度的物理量。
2.2测量线路
通常测量材料介电系数和介电损耗角正切的方法有两种：交流电桥法和Q表测量法。其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用。本实验介绍这种测量方法。
弯曲性能测试有以下主要影响因素：
1试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。
2加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。
3应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。
4试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。
介电系数 和介电损耗角正切 的推导如下。
设未接入试样时，调节C使回路谐振(即Q
值达到最大)，谐振电容的读数为C1，Q表的读数为Ql。
接上试样后再调节C至谐振，谐振电容的读数为C2，Q表的读数为Q2。由于两次谐振L、f不变，所以两次谐振时的电容应相同，即
(4)
代入（1）得 (5)
其中 为电容器的真空电容量。可根据实际的电极形状来计算。同样可以讨论 的计算，得出以下结果：
（8）按“数据管理”键，查看试验结果。
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？
实验2材料弯曲性能
一、实验目的
了解聚合物材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。
二、实验原理
弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的应力是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。
介电系数的一般定义为：电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。其数学表达式为
（1）
式中 ——两极板充满介质时的电容；
——两极板为真空时的电容；
——电容量增加的倍数，即相对介电常数。
从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发，相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。
五、试验步骤
（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。
取合格的试样进行编号，在试样中间的 跨度内任意取3点测量试样的宽度和厚度，取算术平均值。试样尺寸小于或等于10mm的，精确到0.02mm；大于10mm的，精确到0.05mm。
五、实验步骤
1.接通试验机电源。
2.安装三点弯曲支座，调整跨度 及加载压头位置。加载压头位于支座中间。跨度 可按试样厚度 换算而得：L=（16±1）h。
8.试验结束后，按“数据管理”键，查看数据结果。
思考题：
1．试样的尺寸对测试结果有何影响？
2．在弯曲实验中，如何测定和计算弯曲模量？
实验三材料介电常数的测定
一、目的意义
介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介电损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大而介电损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。
从电介质极化机理来看，介质损耗包括以下几种：①由交变电场换向而产生的电导损耗；②由结构松弛而造成的松弛损耗；③由网络结构变形而造成的结构损耗；④由共振吸收而造成的共振损耗。
在工程中，常将介质损耗用介质损耗角正切 来表示。现在讨论介质损耗角正切的表达式。
如图l所示，由于介质电容器存在损耗，因此通过介质电容器的电流向量 ，并不超前电压向量 的π/2，而是(π/2-δ)角度。其中， 称为介质损耗角。如果把具有损耗的介质电容器等效为电容器与损耗电阻的并联电路，如图(1—b)所示，则可得：
微晶在 点以后将出现取向或熔解，然后沿力场方向进行重排或重结晶，故σc称重点结晶强度，它同时也是材料“屈服”的反映。从宏观上看，材料在 点将出现细颈，随着拉伸的进行，细颈不断发展，至 点细颈发展完全，然后应力继续增大至 点时，材料就断裂。
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。归纳各种不同类聚合物的应力—应变曲线，主要有以下5种类型，如图3所示。
常用的两电极系统如图3所示。测量时把已粘贴或涂敷电极的试样放在比试样小得多的接地金属支柱上，电极用一根短而粗的裸线接到仪器的高压端。这种连接装置的目的是使引线对被测试样电容及损耗角正切的影响减至最小。
当采用二电极系统时，其平板试样与电极形状常为圆形。因此，介电常数的计算公式可具体写成：
（7）
式中 ——试样的厚度，m
从曲线的形状以及和σt和εt的大小，可以看出材料的性能，并借以判断它的应用范围。如从σt的大小，可以判断材料的强与弱；而从εt的大小，更正确地讲是从曲线下的面积大小，可判断材料的脆性与韧性。如果要使材料产生链段运动及分子位移所需的负荷较大，材料就较强及硬。
结晶型聚合物的应力—应变曲线与无定型聚合物的曲线是有差异的，它的典型曲线如图2所示。
(6)
式中： ——为测试线路的分布电容和杂散电容；
、 ——未接入试样前的电容值、Q值；
、 ——接入试样后的电容值、Q值。
(2)电极系统在测量材料的相对介电系数和介电损耗角正切时，电极系统的选择很重要，通常分为两电极系统和三电极系统。一般来说，在低频情况下，表面漏电流对介电损耗角正切的影响较大，必须采用三电极系统；而在高频情况下，一方面表面漏电流的影响较小，另一方面高频测量一般采用谐振法，该方法只能提供两个测试端，因此只能用二电极系统。
（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，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），观察试样直到被拉断为止，按“试验结束”键，结束试验。
一般来讲，电介质的介电常数不是定值，而是随物质的温度、湿度、外电源频率和电场强度的变化而变化。
(2)材料的介质损耗介质损耗是电介质材料基本的物理性质之一。介质损耗是指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。
实验1材料拉伸性能
一、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；并通过测试应力—应变曲线来判断不同聚合物材料的力学性能。
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。不同种类聚合物有不同的应力—应变曲线。
②试样的清洁处理：用蘸有丙酮绸布擦洗干净。
③试样正常化处理：在一般情况下，应在温度为20±2℃和相对湿度为65±5％的条件下处理16小时。预处理结束后，将试样置于干燥器中冷却至测量环境待用。
——测量电极的直径，m；
、 ——同上。
在测量前，为了使试样与电极有良好的接触，试样上必须粘贴金属箔或喷涂金属层等电极材料。
三、实验器材
本实验需要以下设备、工具及试剂。
①高频Q表一台，包括电感箱及夹具。
②0.05mm的圆形锡膜，凡士林。
③软布条（或脱脂棉)；丙酮。
四、测试步骤
4.1试样和电极
①选取平整、无砂眼、条纹、气泡等缺陷，厚度为3~4mm的无应力的试样块，切成直径φ=25.4+4t的圆片3～5块。
(1)Q表测量介电系数和介电损耗角正切的原理Q表的测量回路是一个简单的R—L—C回路，如图2所示。当回路两端加上电压V后，电容器C的两端电压为Vc，调节电容器C使回路谐振后，回路的品质因数Q就可用下式表示：
(3)
式中 ——回路电阻；
L——回路电感；
C——回路电容。
由上式可知，当输入电压V不变时，则Q与Vc成正比。因此在一定输入电压下，Vc值可直接标示为Q值。Q表即根据这一原理来制造。
当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。
与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。
弯曲强度σf，也称挠曲强度（单位MPa），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度S是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（mm）。弯曲应变εf是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：S=εfL2/6h（ 为试样跨度， 为试样厚度）。