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聚合物的拉伸行为与应力一应变曲线

对聚合物施加单向拉伸力得到应力—应变曲线， 这是应用*广泛的一种力学试验。 从应

力—应变曲线上可以求出诸如抗张弹性模量， 屈服应力， 屈服伸长， 断裂强度， 断裂能等一

系列力学性能参数， 从而为分析材料的综合性能， 预测材料的应用范围及设计实用制品提供

了依据。

一、 实验目的

1． 了解拉力试验机的基本原理， 掌握其操作方法。

2． 测定聚丙烯(PP)在不同拉伸速率或不同温度下的负荷——形变曲线： 观察聚丙烯在拉伸

过程中的现象。

3． 绘制应力—应变曲线， 计算各种拉伸力学性能， 解释聚丙烯在拉伸过程中的力学行为。

4.了解拉伸速率和温度对应力—应变曲线的影响； 通过对这两种影响的比较， 加深对时间—

温度等效原理的理解。

二、 基本原理

拉伸试验是在一定的温度和速度下， 对标准试样沿其纵轴方向施加拉伸力， 并使其破坏。

拉仲时， 试样在纵轴方向产生的标准称应力为：

σ ＝F／ A （1）

其中 F 为拉仲负荷。 人为试样的初始截面积。 试样的应变ε 为：

0 0

0

l l

l

ε

l

l







 (2)

其中 l 0 为试样两标线间的初始长度， l 试样两标线间拉伸后的长度。

从试验中所得到的 F—△L 曲线经过变换即得到应力——应变曲线(ε —σ 曲线)。 从该

曲线的形状可判断材料的软、 硬、 韧、 脆等特性， 并得到各种力学性能。 见图 1。

在拉伸过程中， 试样在受力方向的截面积是不断变化的。 根据应变的定义真应变δ 为：

) 1 ln(      

l

l

l

dl

o

(3)

假定材料的泊松比为 0.5， 即在形变过程中试样体积不变， 且在拉仲过程中形变均匀发展，

则可得到真应力σ ＇。

) 1 ( / ) 1 ( /

0

          A F A F (4)

式中 A 为试样的瞬时截面积, A 0 为试样的初始截面积。

由此可以求出其应力——应变曲线(σ ＇ —δ 曲线)。 当材料形变很大时， ε —σ 曲线与

σ ＇ —δ 曲线相差很大， 聚合物的力学行为区别于其它材料的量突出特点是它具有粘弹性，

其力学行为强烈依赖于温度和形变速率。 图 2、 图 3 分别表示出在不同温度和不同形变速率

下的ε —σ 曲线。 从图中可以看出， 降低形变速享与升高温度有相同的效果。 随着试验条件

的改变， 聚合物可表现出各种类型的力学行为。 聚合物的这一特性， 在试验和应用中必须加

以注意。 一切力学性能数据必须标明试验温度和速率， 以免得出完全错误的结果。