4高分子材料性能测试-力学性能

高分子材料性能测试方法第三章高分子材料力学性能测试3.3压缩性能3.3.1定义压缩应力：压缩试验中，试样单位原始横截面上承受的压缩负荷，MPa。压缩应变：压缩试验中，试样在轴向产生的单位原始高度变化率。压缩变形：由压缩负荷引起的试样高度的变化量，mm。压缩屈服应力：σｃ－εｃ曲线上第一次出现ε增加而σ不再增加的转折点对应的应力。应力无增加而应变增加的第一点被取作屈服点。压缩强度：压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。规定应变时压缩应力：达到规定应变时的压缩应力，MPa。压缩模量：σｃ－εｃ曲线的线性范围内压缩应力与应变的比值。细长比：以横截面积均匀的实心圆柱体的高度与最小回转半径之比。3.3压缩性能3.3.2测试原理在施加外力使压板之间的试样破坏，或达到规定形变的过程中测量施加的外力与形变之间的关系。3.3压缩性能3.3.3试样要求表3-5标准试样的形状和尺寸试样形状高度Hmm横截面尺寸mm正方柱体30边长a：10.4±0.2矩形柱体30边长a：15.0±0.2宽b:10.4±0.2圆柱体30φ:12.0±0.01圆管柱体32内径:8.0±0.01；外径:12.0±0.013.3压缩性能3.3.3试样细长=10时试样高度与底边的关系试样形状高度Hmm横截面尺寸mm高度与底边的关系正方柱体30边长a：10.4±0.2a≈H/3矩形柱体30边长a：15.0±0.2宽b:10.4±0.2b≈H/3圆柱体30φ:12.0±0.01d≈0.4H圆管柱体32内径d1:8.0±0.01；外径d2:12.0±0.01(d12+d22)1/2≈0.4H3.3压缩性能3.3.4实验步骤①试样状态调节。②沿试样高度方向测量三处横截面尺寸计算平均值，高度精确到0.01mm。③将试样放在两压板的表面之间，并使试样中心线与两压板表面中心连线重合，确保试样端面与压板表面平行。调整试验机，使压板表面恰好与试样端面接触，并把此时定为测定变形的零点。④根据材料的规定调整试验速度。⑤开动试验机，记录以下各项：适当应变间隔时的负荷及相应的压缩应变；试样破坏瞬间所承受负荷；如试样不破裂，记录在屈服或偏置屈服点及规定应变值为25%时的压缩负荷。3.3压缩性能3.3.5数据处理压缩强度/MPaσ=F/A应变值ε=△h/h0压缩模量/MPaE=σ/εσ：压缩强度F：对应强度或应力下负荷A：试样原始横截面积ε：计算的应变值△h：试样的原始高度的变化h0：试样的原始高度E：压缩模量σ：σｃ－εｃ曲线上初始直线部分任意应力值ε：与应力对应的应变值3.4压缩性能3.3.6影响实验结果的因素试样尺寸高度mm细长比σｃ,MPaεｃ%总形变,mm10383.8837.192.7320773.215.853.17301070.3512.573.77401368.310.54.23.4压缩性能3.3.6影响实验结果的因素摩擦力：不加润滑剂，故σｃ有上升趋势试样平行度与垂直度：试样两端面不平行，σｃ降低。试验速度：Ｖ上升，σｃ提高温度：温度上升，σｃ下降。3.4冲击性能3.4.2常用冲击试验方法1.摆锤式试验方法悬臂梁冲击试验简支梁式摆锤式冲击试验机试验原理是利用摆锤冲击前位能与冲击后所剩位能之差来计算试样的冲击强度。3.4冲击性能3.4.2常用冲击试验方法2.落锤（球）式试验方法落球式冲击试验是把球,标准的重锤或投掷枪由已知高度落在试棒或试片上,测定使试棒或试片刚刚够破裂所需能量的一种方法.这种方法与摆锤式试验相比表现出与实地试验有很好的相关性.但缺点是如果想把某种材料与其他材料进行比较,或者需改变重球质量,或者改变落下高度,十分不方便3.4冲击性能3.4.2常用冲击试验方法3.高速拉伸冲击试验方法用高速拉伸冲击应力－应变曲线下面积能更合理地表示材料断裂所需能量。其拉伸速度一般高于４ｍ／ｓ，常在几十ｍ／ｓ，若用很高速度拉伸时，结果可与落球冲击相比较。用摆锤或钢球打击试样时，试样发生振动，材料的弹性使摆锤或钢球回弹，于是再第二、第三等多次打击试样，直至试样破坏，这一过程大约在千分之一秒内发生，而高速拉伸冲击试验则克服了这个问题。3.4冲击性能3.4.3摆锤式试验方法3.4冲击性能摆锤试验中有以下几种能量消耗：ａ使试样发生弹性和塑性形变所需的能量，ｂ使试样产生裂纹和裂纹增长所需的能量，ｃ试样断裂后飞出所需的能量（也称飞出功），ｄ摆锤和支架轴、摆锤刀口和试样相互摩擦损失的能量，ｅ摆锤运动时，试验机固有的能量损失，如空气阻尼、指针回转的摩擦和机械振动等。ａ、ｂ是试验要测的试样断裂所需能量（吸收能），ｄ、ｅ属系统误差，可忽略，ｃ虽与材料强韧性无关，却占所测总能量的很大一部分。3.4冲击性能简支梁式测试定义1.（无）缺口试样简支梁冲击强度：（无）缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样原始横截面积之比，kJ/m2。2.相对冲击强度：缺口试样冲击强度与无缺口试样冲击强度之比，或同类型试样Ａ型缺口冲击强度与Ｂ型缺口冲击强度之比。3.完全破坏：指经过一次冲击使试样分成两段或几段。4.部分破坏：指一种不完全破坏，（无）缺口试样横截面至少断开９０％的破坏。5.无破坏：指一种不完全破坏，（无）缺口试样横截面断开部分小于９０％的破坏。3.4冲击性能试样类型：试样类型和尺寸以及相应的支撑线间的距离见下表：试样类型长度lmm宽度bmm厚度dmm支撑线间的距离Lmm180±210±0.54±0.260250±16±0.24±0.2403120±215±0.510±0.5704125±213±0.213±0.5953.4冲击性能试样的缺口类型和缺口尺寸试样类型缺口类型缺口剩余厚度dkmm缺口底部圆弧半径rmm缺口宽度nmm1-4A0.8d0.25±0.05B1±0.051,2,3C2/3d≤0.12±0.20.8±0.11型试样为首选试样，A型缺口为首选缺口。3.4冲击性能简支梁式实验步骤：打击试样中央测量试样中部的宽度和厚度应根据试样破坏所需能量选择摆锤调节能量度盘指针零点抬起并锁住摆锤试样无破坏的冲击值应不作取值3.4冲击性能悬臂梁冲击试验：适用于简支梁冲击试验中冲不断的材料悬臂梁冲击试验定义：无缺口试样悬臂梁冲击强度：无缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收能量与试样原始横截面积之比。（反置）缺口试样悬臂梁冲击强度：缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收能量与试样缺口处原始横截面积之比。反置缺口试样冲击方向为缺口的背面。平行冲击（对层压增强材料）：冲击方向平行于板材的层状面，在悬臂梁冲击试验中，冲击方向为侧面。垂直冲击（对层压增强材料）：冲击方向垂直于板材的层状面。完全破坏：试样断裂成两段或多段。绞链破坏：断裂的试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏。部分破坏：指除绞链破坏以外的不完全破坏。不破坏：指试样未破坏，只是弯曲变形，可能有应力发白现象产生。3.4冲击性能试样的缺口类型和缺口尺寸1型试样为首选试样，A型缺口为首选缺口。最佳试样为1型试样，长度L=80±2mm，宽度b=10.0±0.2mm，厚度h=4.0±0.2mm。若由于设备的限制，其长度可对称地缩短为63.5mm。缺口的纵向与厚度方向平行。方法名称试样类型缺口类型缺口底部半径rNmm缺口底部剩余厚度bNmmGB1843/1U1无缺口GB1843/1AA0.25±0.058±0.2GB1843/1BB1±0.058±0.23.4冲击性能悬臂梁冲击试验步骤：A测量每个试样中部的厚度和宽度或缺口试样的剩余宽度bN。B进行空白试验，记录摩擦损失不得超过表1规定。C抬起并锁住摆锤，夹住试样，释放摆锤，记录试样吸收的冲击能并对摩擦损失进行修正。D被测试样可能出现前述4种破坏类型中的某一种或一种以上，此时应把其中属于完全破坏和铰链破坏的测定值用以计算算术平均值；3.4冲击性能3.4.4数据处理310bdA：冲击强度，kJ/mm2；A：试样吸收冲击能量，J；b：试样宽度，mm；d：试样厚度，mm。（有缺口试样为缺口处剩余厚度）3.4冲击性能3.4.5影响冲击试验的因素(1)飞出功：越厚飞出功越大,不同厚度的试样得到的冲击强度可比性不高。(2)试样厚度和试验跨度：厚度越大，冲击强度越高；跨度越大，冲击强度越高3.4冲击性能(3)缺口尖端半径：缺口尖端半径越小，应力集中系数越大，冲击时产生初始裂纹所需能量也越小，冲击强度越低，ABS、PS等对缺口尖端半径不太敏感，具有较高抗裂纹扩展能力材料缺口尖端半径mm冲击强度kJ/m2PVC0.257.80.510110225PC0.2590.5141172283.4冲击性能3.4.5影响冲击试验的因素(4)试样制备：a模压、注射成型或机械加工：注塑试样冲击强度较高（因为存在分子取向）b模具温度、熔化温度、冷却条件等对冲击强度都有影响。c制造过程中出现的缺陷：造成局部应力集中，使冲击强度降低。d试样表面光洁度对试验结果亦有影响，机械加工表面的刀痕、模具表面的划伤等都有影响。e不同的缺口加工方法对冲击强度有很大影响，一次注塑试样冲击强度较高，而经二次机械加工的试样冲击强度较低，当采用注塑成型时，由于材料收缩率不同，脱模后缺口尺寸要发生变化，特别是尖端半径变化较大，难以保证缺口符合国标要求，而机械加工法可以保证缺口尺寸符合国标，推荐采用3.4冲击性能3.4.5影响冲击试验的因素(4)试样制备：e缺口加工方法对冲击强度有很大影响，一次注塑试样冲击强度较高，而经二次机械加工的试样冲击强度较低，当采用注塑成型时，由于材料收缩率不同，脱模后缺口尺寸要发生变化，特别是尖端半径变化较大，难以保证缺口符合国标要求，而机械加工法可以保证缺口尺寸符合国标，推荐采用材料直接注塑成型缺口注塑试样经机械加工缺口刨床加工铣床加工PC528.026.16PS8.342.141.72PA101027.26.976.973.4冲击性能3.4.5影响冲击试验的因素(5)温度和湿度：温度下降，材料从韧性状态转变为脆性状态，冲击强度下降。吸湿性较大材料如尼龙，吸湿越多，冲击强度越高。(6)试验设备：冲击强度随冲击速度的增加而降低。冲击机支座稳固和冲击摆锤刀口与试样被打击面很好地吻合都是试验的重要条件，若刀口与试样表面不是线接触，易产生局部应力集中，而使结果偏低。试验中试样若与支座不很好地紧贴，则易产生多次冲击而使结果不准。(6)试验设备：冲击速度和夹持力材料冲击速度m/s冲击强度KJ/m2试验条件PMMA3.51.36V型缺口，15根试样2.932.8PVC3.56.02V型缺口，15根试样2.936.7PVC3.510.7U型缺口，15根试样2.939.4材料酚醛模塑料PVC夹持力过大适中过小过大适中过小冲击强度KJ/m21.191.341.459.177.1711.4变异系数%219.71523.611.927