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嘉峪检测网 2024-11-12 16:52
机械强度是材料力学性能的重要指标,机械强度就是材料抵抗外力破坏的能力,当所受外力超过材料承受的能力,材料就要发生破裂。对于各种不同的破坏力,则有不同的强度指标,常用的有拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和硬度,这里着重介绍拉伸测试速率对高分子聚合物测试性能的影响。
1. 高分子材料拉伸过程
拉伸性能是高分子聚合物材料的一种基本力学性能指标。典型单轴拉伸时的应力-应变曲线如图1所示。
图1中的Y点称之为屈服点,对应的强度为拉伸屈服强度,试片在出现屈服之前发生的断裂称为脆性断裂,这种情况下,试片断裂前只发生很小的变形(图中的OA段),试样并没有明显的变化,断裂面一般与拉伸方向相垂直,断裂面也很光滑。
试片在出现屈服之后的断裂称之为韧性断裂,试片在屈服后出现了较大的应变,如果在试样断裂前停止拉伸,除去外力,试片的大形变已无法完全回复,但是如果让试片的温度升到玻璃化温度Tg附近,则可发现,形变又回复了。这是一种高弹形变,从微观上看,屈服点以后材料的大形变主要是分子链段运动,即在大外力的帮助下,本来被冻结的链段开始运动,高分子链的伸展提供了材料的大形变。这时由于材料处在玻璃态,即使外力除去后,也不能自发回复,而当温度升高到Tg以上时,链段运动解冻,分子链蜷曲起来,因而形变回复,在宏观上表现为弹性回缩。
高弹变形的过程是外力作用促使材料主链发生内旋转的过程,此过程需要的外力要小的多,而变形量却大的多,所以在曲线上表现为屈服后应力下降也就是图上的YB段,高分子链段在伸展过程中所需力的大小变化不明显,故在曲线中部出现比较平稳的线段。
如果在分子链伸展后继续拉伸,则曲于分子链取向排列,使材料强度进一步提高,因而需要更大的力,所以应力又出现逐渐的上升,直到发生断裂(见图中的BX段)。
以断裂点为起始点向横作标作垂直线,此时的封闭曲线则为整个拉伸过程中吸收的能量(见图1中的斜面部分),通常曲面面积大,说明材料的韧性好。
2. 高分子材料在拉伸强度上的分类
由于高分子材料的品种繁多,它们的应力—应变曲线呈现出复杂情况。若按在拉伸过程中屈服点的表现、伸长率大小及其断裂情况,大致可以分为五种类型。它们是:(1)硬而脆,如聚苯乙烯、有机玻璃和酚醛树脂;(2)硬而韧,如尼龙、聚碳酸酯;(3)硬而强,如不同配方的硬聚氯乙烯和聚苯乙烯的共混物;(4)软而韧,如橡胶、增塑聚氯乙烯;(5)软而弱,如柔软的凝胶,很少用作材料来使用
3. 拉伸试验中的速度选择
试验速度(空载)
A:(10±5)mm/min,
B:(50±5)mm/min,
C:(100±10)mm/min或(250±50)mm/min。
速度选择
① 热固性塑料、硬质热塑性塑料,用A速。
② 伸长率较大的硬质、半硬质热塑性塑料(如PP、PA等),用B速。
③ 软板、片和薄膜用C速。相对伸长率<100%的用(100±10)mm/min速度,相对伸长率>100%的用(250±50)mm/min速度。
拉伸速度直接影响测试的结果,相同样品在不同拉伸速度下得到的结果差异比较大。以下为标准中推荐使用的机速:
在试验过程中可以发现,当拉伸速率较低时,经过屈服点后试样出现“细颈”现象,并伴随有快速的流动性大变形,且细颈从位于夹具端的地方开始扩展,由于缩颈之后试样的进入大变形扩展阶段,试样截面积变形,拉伸应力随之降低,因此在应力-应变曲线中出现了“快速扩展平台”(屈服平台)。
而在较高的拉伸速率时,夹具的移动速度较大使得材料来不及出现缩颈扩展,因此,在应力应变曲线中不会出现屈服平台,而试样在较小的变形量下发生断裂。
形象地可以理解为,像我们在折树枝的时候,如果快速的弯折树枝可能直接啪的一声,树枝就断了。但慢慢去弯折树枝,可能最后连对折连接处还没折断,这是因为缓慢的过程给了树枝通过调整自身适应了这种变化。对于塑料来说也是一样,一般拉伸速度越快,材料也就越容易被拉断,机速越慢材料越不容易被拉断。
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