实验3 聚合物拉伸强度和断裂伸长率的测定
一、 实验目的
通过实验了解聚合物拉伸强度及断裂伸长率的意义，熟悉它们的测定方法；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
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：
??L?L0 （4－1） L0??F （4－2） A0FL0?? （4－3） ?A0(L?L0)E? 式中，?伸长率即应变；?为应力；L为样品某时刻的伸长；L0为初始长度；
A0为初始横截面积；F为拉伸力；E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4－1（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4－2（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。
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图4－1 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。 三、 实验设备和材料 （1）仪器设备
万能电子拉力机(深圳新三思公司)，游标卡尺、直尺。 万能电子拉力机测试主体结构示意图，如图4-2所示。
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图4－2 万能电子拉力机测试主体结构示意图
（2）实验材料
聚丙烯（PP），聚苯乙烯（PS），硅橡胶，丁苯橡胶。 四、 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。
试样
图4－3 I型试样 图4－4 II型
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试样
图4－5 III 型试样 图4－6 IV型
不同类型的试样有不同的尺寸公差，具体见表4－1、表4－2、表4－3和表4－4。
表4－1 I型试样公差尺寸
物理量 名称 L H C G0 W D B R
总长度（最小） 夹具间距离 中间平行部分长度 尺寸/mm 公差/mm 150 115 60 - ±5.0 ±0.5 ±0.5 ±0.2 - ±0.2 - 标距（或有效部分） 50 端部宽度 厚度 中间平行部分宽度 半径（最小） 20 4 10 60 表4－2 II型试样公差尺寸
物理量 名称 L C d0 d1 W
尺寸/mm 公差/mm 110 - ±2.0 - 总长度（最小） 中间平行部分长度 9.5 中间平行部分厚度 3.2 端部厚度 端部宽度 12
6.5 45
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