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(一)實驗目的
掌握塑料拉伸試驗方法,了解機的基本結構和工作原理,并通過試樣的拉伸應力—應變曲線和各試驗數(shù)據(jù)來分析該材料的靜態(tài)拉伸力學性能,對其拉伸強度、屈服強度、斷裂伸長率和彈性模量作出評價。
(二)實驗原理
在規(guī)定的試驗溫度、濕度與拉伸速度下,通過對塑料試樣的縱軸方向施加拉伸載荷,使試樣產(chǎn)生形變直至材料破壞。記錄下試樣破壞時的zui大負荷和對應的標線間距離的變化情況。(在帶微機處理器的電子拉力機上,只要輸入試樣的規(guī)格尺寸等有關數(shù)據(jù)和要求,在拉伸過程中,傳感器把力值傳給電腦,電腦通過處理,自動記錄下應力—應變?nèi)^程的數(shù)據(jù),并把應力—應變曲線和各測試數(shù)據(jù)通過打印機打印出來)。
(三)試驗設備和拉伸試樣
1.試驗設備
(1)機械式拉力試驗機
①備有適應各型號試樣的夾具。
②夾具的移動速度應能多級或全程調(diào)速,以滿足標準方法的需要。
③試驗數(shù)據(jù)示值應在每級表盤的10%~90%,但不小于試驗zui大載荷的4%讀取,示值的誤差應在1%之內(nèi)。
(2)帶微機處理器的電子拉力機 機械傳動原理同機械式拉力機,但精密度高于普通機械式拉力機。當試樣受載拉伸時,力值和材料的伸長率由傳感器感量輸入電腦,經(jīng)電腦處理同時在屏幕上顯示出來。每個試樣試驗結束,電腦自動記錄全過程并存入硬盤,試驗者需要哪一個試樣的應力—應變曲線圖,需要哪一個數(shù)據(jù),隨時可以從連接電腦的打印機上打印出來。
2.拉伸試樣
(1)試樣的形狀和尺寸 標準方法規(guī)定使用四種型號的試樣。
(2)試樣的選擇
熱固性模塑材料:用I型。
硬板材料:用Ⅱ型(可大于170mm)。
硬質、半硬質熱塑性模塑材料:用2型,厚度d=(4±0.2)mm。
軟板、片材:用Ⅲ型,厚度d<=2mm。
塑料薄膜:用Ⅳ型。
(3)對試樣的要求:
①試樣表面應平整、無氣泡、裂紋、分層、無明顯雜質和加工損傷等缺陷,有方向性差異的試片應沿縱橫方向分別取樣。
②硬板厚度d<10mm時,以原厚作為試樣的厚度;當厚度d>10mm時,應從一面機械加工成10mm。
③測試彈性模量,用厚4~10mm的Ⅱ型試樣或用長200mm、寬15mm的長條試樣。
④每組試樣不少于5個。
(四)實驗步驟
1.實驗條件
(1)試驗速度(空載) A:(10±5)mm/min,B:(50±5)mm/min,C:(100±10)mm/min或(250±50)mm/min。
①熱固性塑料、硬質熱塑性塑料,用A速。
②伸長率較大的硬質、半硬質熱塑性塑料(如PP、PA等),用B速。
③軟板、片和薄膜用C速。相對伸長率<100%的用(100±10)mm/min速度,相對伸長率>100%的用(250±50)mm/min速度。
(2)測定模量時可用1~5mm/min的拉伸速度,其變形量應準確至0.01mm。
2.以機械式拉伸試驗機為例:按GBl039—92標準方法的規(guī)定調(diào)節(jié)試驗環(huán)境處理試樣或GB/T1040為室溫。
(1)試驗環(huán)境 溫度:熱塑性塑料(25±2)℃,熱固性塑料(25±5) ℃。濕度:相對濕度(65±5)%。
(2)試樣預處理 將試樣置于小的環(huán)境中,使其表面盡可能暴露在環(huán)境里。不同厚度d的試樣處理時間如下:d<0.25mm的試樣不少于4h;O.25mm<d<2mm的試樣不少于8h;d>2mm的試樣不少于16h。
(3)測量試樣的厚度和寬度 模塑試樣和板材試樣準確至0.05mm;片材試樣厚度O.01mm;薄膜試樣厚度0.O01mm;每個試樣在距標線距離內(nèi)測量三點,取算術平均值。
(4)測試伸長時 應在試樣上被拉伸的平行部分作標線,此標線對測試結果不應有影響。
(5)用夾具夾持試樣時 要使試樣縱軸方向中心與上、下夾具中心連線相重合,并且松緊適宜,不能使試樣在受力時滑脫或夾持過緊在夾口處損壞試樣。夾持薄膜試樣要求在夾具內(nèi)襯墊橡膠之類的彈性薄片。
(6)按所選擇的速度? 開動機器,進行拉伸試驗。
(7)試樣斷裂后 讀取負荷及標距間伸長,或讀取屈服時的負荷。若試樣斷裂在標距外的部位,則此次試驗作廢,另取試樣補做。
(8)測定模量時 應記錄負荷及相應變形量,作出應力—應變曲線。
(五)實驗結果及數(shù)據(jù)處理
(1)拉伸強度、拉伸斷裂應力、拉伸屈服應力以σt(MPa =1N/mm2)表示,按下式計算:
σt =F/b*d
式中 F—zui大負荷、斷裂負荷、屈服負荷,N
b—試樣寬度,mm
d—試樣厚度,mm
(2)斷裂伸長率εt (%)按下式計算:
εt =(G-G0)/G0×100%
式中 Go——試樣原始標線間距離,mm
G——試樣斷裂時標線間距離,mm
(3)彈性模量以Et(N/mm2)表示。為了計算彈性模量,通常要作出應力—應變曲線,再從曲線的初始直線部分按下式計算彈性模量Et:
Et=σ/ε
式中 σ—應力,(N/mm2)
ε—應變,mm/mm
(4)實驗數(shù)據(jù)的處理。
①σt 取三位有效數(shù)字(薄膜取二位),εt 、Et取二位有效數(shù)字,以起碼三個有效試驗數(shù)據(jù)的算術平均值表示實驗結果。
②如果要求計算偏差值S,由下式進行計算:
S=
式中 X——單個測定值
X—一組測定值的算術平均值
n——測定個數(shù)
(六)實驗報告或實驗記錄的內(nèi)容
(1)被測試材料的名稱、規(guī)格、牌號、來源。
(2)試樣的制備方法。
(3)試樣的形狀和尺寸。
(4)試樣的預處理。
(5)試驗的環(huán)境溫度和濕度。
(6)試驗機的型號。
(7)試驗速度。
(8)試驗有效試樣的數(shù)量。
(9)拉伸屈服應力。
(10)拉伸斷裂應力。
(11)拉伸強度。
(12)斷裂伸長率。
(13)彈性模量。
(14)試驗日期、人員。
(七)實驗注意事項
(1)因試樣的厚度及寬度對結果影響很大,同一種塑料若試樣的尺寸不同,其拉伸強度試驗結果有一定差異,所以在加工試樣、測量試樣尺寸時,特別要注意被測試樣的尺寸和公差是否在標準所規(guī)定的范圍內(nèi)。注射模塑試樣往往后收縮較大,被測部位若出現(xiàn)輕微縮痕影響平整度要注意多測幾點,以得出其真實尺寸。
(2)用成型裁刀裁取試樣,要注意經(jīng)常檢查裁刀鋒利情況,刀刃曲線是否均勻、細直,稍有缺陷及時研磨或更換,試樣的細微缺陷對拉伸試驗結果影響極大。
(3)試驗條件即溫度、濕度和速度對試驗結果也有較大的影響。往往溫度偏高,拉伸強度偏低,伸長率偏大,反之規(guī)律相反。拉伸速度越快,伸長率越小,強度偏高。因此,試驗前對試樣的處理、試驗環(huán)境條件以及試驗速度的選擇都要嚴格按標準規(guī)定進行。
(4)由于力學試驗影響因素多,結果的重現(xiàn)性較差,要特別注意制樣時方法、工藝、設備、工具的一致。做對比試驗,同一人員操作,以保證得出正確的結論。
(5)對不熟悉的材料,正式測試之前要進行預測,以預知合適的負荷和速度等,為正式測試做好準備。
(6)日常對拉伸試驗機等設備要注意保養(yǎng)、運轉和校正,以保證實驗時處于良好狀態(tài)
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