②硬而脆;③硬而强;④软而韧;⑤硬而韧。需要注意的是试验条件(温度、湿 度、速度)的变化,可以使聚合物材料及其复合材料的应力-应变行为发生脆性- 韧性互变,这是聚合物材料具有黏弹性的缘故 拉伸应力s (1-8) 式中,A。为材料的起始截面积 拉伸应变(相对伸长率)e= (3)拉伸强度拉伸强度(断裂强度)表示材料被拉断所需要的极限应力 它是反映材料力学强度的主要指标。测定时用哑铃形小试样,先测量试样中部 (拉伸有效部分)的宽度和厚度,然后把试样装在材料试样机的夹具上,在室温 下以一定速度逐渐拉伸,至拉断 拉伸强度= (1-10) 式中P——破坏载荷,kg; b——试样宽度 d—试样厚度,cma (4)抗压强度表示材料被压碎所需要的应力。测定时将柱形试样磨平后 放在材料试样机的两块压力板间,均匀地施加压力至试样破裂为止 压缩应力压缩过程中加在试样上的压缩负荷,除以试样原始截面积。 压缩应变压缩过程中试样在纵向产生的单位原始高度的变化的百分数 破坏压缩应力试样在破坏时所承受的压缩应力。 压缩屈服应力压缩过程中指针停留较长时间的负荷值,除以原始截面积, 在应力应变曲线上则为形变增加而负荷不再增加的那点所对应的压缩应力 抗压强度= (1-11) 式中P——破坏载荷,kg; F—试样截面积,cm2。 (5)压缩材料受到均匀压力压缩时(图1-2) 发生的体积形变称压缩应变(yv)。材料经压缩以后 体积由V。缩小为V,则压缩应变: (1-12) (6)弯曲强度表示材料耐弯曲的强度。按国家 标准规定是以标准长条试样平放在试样机的两个支架 图1-2简单压缩应变示意上,然后依垂直方向加一个负荷在试样的正中,负荷
②硬而脆；③硬而强；④软而韧；⑤硬而韧。需要注意的是试验条件 （温度、湿 度、速度）的变化，可以使聚合物材料及其复合材料的应力应变行为发生脆性 韧性互变，这是聚合物材料具有黏弹性的缘故。 拉伸应力ｓ＝Ｆ Ａ０ （１８） 式中，Ａ０ 为材料的起始截面积。 拉伸应变 （相对伸长率）ｅ＝ｌ－ｌ０ ｌ０ ＝Ｄｌ ｌ０ （１９） 图１２ 简单压缩应变示意 （３）拉伸强度 拉伸强度 （断裂强度）表示材料被拉断所需要的极限应力。 它是反映材料力学强度的主要指标。测定 时 用 哑 铃 形 小 试 样，先 测 量 试 样 中 部 （拉伸有效部分）的宽度和厚度，然后把试样装在材料试样机的夹具上，在室温 下以一定速度逐渐拉伸，至拉断。 拉伸强度＝Ｐ ｂｄ （１１０） 式中 Ｐ———破坏载荷，ｋｇ； ｂ———试样宽度，ｃｍ； ｄ———试样厚度，ｃｍ。 （４）抗压强度 表示材料被压碎所需要的应力。测定时将柱形试样磨平后， 放在材料试样机的两块压力板间，均匀地施加压力至试样破裂为止。 压缩应力 压缩过程中加在试样上的压缩负荷，除以试样原始截面积。 压缩应变 压缩过程中试样在纵向产生的单位原始高度的变化的百分数。 破坏压缩应力 试样在破坏时所承受的压缩应力。 压缩屈服应力 压缩过程中指针停留较长时间的负荷值，除以原始截面积， 在应力应变曲线上则为形变增加而负荷不再增加的那点所对应的压缩应力。 抗压强度＝Ｐ Ｆ （１１１） 式中 Ｐ———破坏载荷，ｋｇ； Ｆ———试样截面积，ｃｍ２。 （５）压缩 材 料 受 到 均 匀 压 力 压 缩 时 （图 １２） 发生的体积形变称压缩应变 （γＶ ）。材料经压缩以后， 体积由Ｖ０ 缩小为Ｖ，则压缩应变： γＶ ＝Ｖ０－Ｖ Ｖ０ ＝ＤＶ Ｖ０ （１１２） （６）弯曲强度 表示材料耐弯曲的强度。按国家 标准规定是以标准长条试样平放在试样机的两个支架 上，然后依垂直方向加一个负荷在试样的正中，负荷 ０２
逐渐增大至试样断裂后。静弯曲试验就是用来获知某材料在弯曲应力作用下所能 承受的最大弯曲应力和变形的 弯曲应力为试样在弯曲过程中任何时刻跨度中心处截面积上的最大外层纤 维正应力。 定挠度时的弯曲应力当挠度等于规定值时的弯曲应力。 弯曲破坏应力在规定挠度前或之时破断瞬间所达到的弯曲应力 最大负荷时弯曲应力在规定挠度前或之时,负荷达到最大值时的弯曲应 力,即弯曲强度 挠度在弯曲时,试样跨度中心的底面偏离原始位置的距离。 表观弯曲强度超过定挠度时,负荷达到最大值时的弯曲应力 对材料施加一弯曲力矩,使材料发生弯曲。主要有两种形式:一点弯曲和三 点弯曲。如图1-3所示 △ (一点吉曲 b)三点育曲 il- point bendu 图1-3材料的弯曲形式 弯曲强度的测定是在规定的试验条件下,对标准试样施加一静止弯曲力矩, 直至试样断裂,如图1-4所示。 击头,以一定速度 时试样实冲击 图1-4弯曲强度测定试验示意 图1-5冲击强度测定试验示意 设试验过程中最大的负荷为P,则弯曲强度a为: 1. pLO bd (1-13) 21
逐渐增大至试样断裂后。静弯曲试验就是用来获知某材料在弯曲应力作用下所能 承受的最大弯曲应力和变形的。 弯曲应力 为试样在弯曲过程中任何时刻跨度中心处截面积上的最大外层纤 维正应力。 定挠度时的弯曲应力 当挠度等于规定值时的弯曲应力。 弯曲破坏应力 在规定挠度前或之时破断瞬间所达到的弯曲应力。 最大负荷时弯曲应力 在规定 挠 度 前 或 之 时，负荷达到最大值时的弯曲应 力，即弯曲强度。 挠度 在弯曲时，试样跨度中心的底面偏离原始位置的距离。 表观弯曲强度 超过定挠度时，负荷达到最大值时的弯曲应力。 对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形式：一点弯曲和三 点弯曲。如图１３所示。 图１３ 材料的弯曲形式 弯曲强度的测定是在规定的试验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩， 直至试样断裂，如图１４所示。 图１４ 弯曲强度测定试验示意 图１５ 冲击强度测定试验示意 设试验过程中最大的负荷为Ｐ，则弯曲强度σｆ 为： σｆ＝１５Ｐｌ０ ｂｄ２ （１１３） １２
(7)冲击强度冲击强度也称抗冲强度,定义为试样受冲击负荷时单位截面 积所吸收的能量,是衡量材料韧性的一种指标。测定时基本方法与弯曲强度测定 相似,但其作用力是运动的,不是静止的,如图1-5所示 试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功W,因此冲击强度为 W (1-14) (8)简单剪切材料受到与截面平行、大小相等、方向相反,但不在一条直 线上的两个外力作用(图1-6),使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪 切应变(y)。 图1-6简单剪切示意 剪切应变y=tan0 剪切应力a≈F (9)弹性模量弹性模量是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是材 料刚性的一种表征。分别对应于以上三种材料受力和形变的基本类型的模量如下 拉伸模量(弹性模量)EE= 剪切模量(刚性模量)GG= 体积模量(本体模量)BB=2 例 INSTRON5567电子多功能材料力学性能测定仪 INSTRON5567电子多功能材料力学性能测定仪是将聚合物材料的刺激(载 荷)和响应(变形)由换能装置转变为电信号传入自动记录仪,扫描出载荷-变 形(或载荷-时间)曲线,经计算处理后,可得到应力-应变曲线。电子拉力机除 了应用于力学试验中最常用的拉伸试验外,还可进行压缩、歪曲、剪切、撕裂 剥离以及疲劳、应力松弛等各种力学试验,是测定和研究聚合物材料在一定温度 下的力学行为和力学性能的有效手段。 测定时先要制备试样。由于聚合物材料本身特点,它们的力学性能指标不仅 和测试的环境温度、湿度、测试的条件有关外,还与试样的尺寸有关,即“尺寸 效应”。为了使所测的数据具有可比性,试样应需根据有关标准制备或技术协议
（７）冲击强度 冲击强度也称抗冲强度，定义为试样受冲击负荷时单位截面 积所吸收的能量，是衡量材料韧性的一种指标。测定时基本方法与弯曲强度测定 相似，但其作用力是运动的，不是静止的，如图１５所示。 试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功 Ｗ，因此冲击强度为： σｉ＝Ｗ ｂｄ （１１４） （８）简单剪切 材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直 线上的两个外力作用 （图１６），使材料发生偏斜。其偏斜角的正 切 值 定 义 为 剪 切应变 （γ）。 图１６ 简单剪切示意 剪切应变γ＝ｔａｎθ 剪切应力σｓ＝Ｆ Ａ０ （９）弹性模量 弹性模量是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是材 料刚性的一种表征。分别对应于以上三种材料受力和形变的基本类型的模量如下： 拉伸模量 （弹性模量）Ｅ Ｅ＝σ ε 剪切模量 （刚性模量）Ｇ Ｇ＝σｓ γ 体积模量 （本体模量）Ｂ Ｂ＝ｐ γＶ 例 ＩＮＳＴＲＯＮ５５６７电子多功能材料力学性能测定仪 ＩＮＳＴＲＯＮ５５６７电子多功能材料力学性能测定仪是将聚合物材料的刺激 （载 荷）和响应 （变形）由换能装置转变为电信号传入自动记录仪，扫描出载荷变 形 （或载荷时间）曲线，经计算处理后，可得到应力应变曲线。电子拉力机除 了应用于力学试验中最常用的拉伸试验外，还可进行压缩、歪曲、剪切、撕裂、 剥离以及疲劳、应力松弛等各种力学试验，是测定和研究聚合物材料在一定温度 下的力学行为和力学性能的有效手段。 测定时先要制备试样。由于聚合物材料本身特点，它们的力学性能指标不仅 和测试的环境温度、湿度、测试的条件有关外，还与试样的尺寸有关，即 “尺寸 效应”。为了使所测的数据具有可比性，试样应需根据有关标准制备或技术协议 ２２
中规定的尺寸及要求制备。 INSTRON5567电子多功能测定仪有10N、100N、1kN、30kN四个力传感 器,可以根据需要选择。本仪器配有恒温箱,可以测定样品的变温拉伸等变温试 验。具体操作如下 1.开机 1.1检査拉伸机、压缩机、计算机的电源,确保连接正确(注意压缩机的 使用电压为110V,要连接在配套的变压器上),先打开拉伸机和压缩机电源开 关,再打开计算机 1.2在 Windows操作系统中,双击 Merlin图标,点击“系列Ⅸ”按钮进 入仪器控制主屏。 2.设置实验方法 2.1在仪器控制主屏中,单击“方法[M”图标进入方法编辑程序。 2.2方法编辑方法有二: (1)创建一个方法 文件”菜单中,选择“新的”子菜单。在方法种类框中选择要进行试验的 类型,输入二位数字方法数和方法标签,然后在其他菜单中设置方法的参数,保 存、返回主屏。 (2)修改一个方法 文件”菜单中,选择“打开”子菜单。依次修改相应的参数,另存、返回 主屏 2.3“主要”菜单→总体参数,依次选择输入单位种类、结果单位种类 般为国际标准),机器控制,是否使用引伸仪,是否启用结果文件和 ASCII测试 数据文件。 2.4“试样”菜单中输入样品的尺寸,样品信息。 2.5“实验”→控制,在控制子框选择试验方向,控制通道。在速度子框输 入横梁速度,输入所用磅力传感器的大小。 2.6“实验”→极限,确定断裂点检测,绝对限制,到达极限值时机器的 动作。 7“数据”→记录,用计算机。 2.8“数据”→标定,用计算机。 2.9“报告”→设置,选择报告类型,或在范本中选择标准类型。 2.10“图形”→屏幕设置,点自动刻度尺,确定相应X、Y轴的标签,或 点范本选择标准类型。 2.11“计算”→屏幕,对话框中删除项目,或分别在功能列表和计算列表 中选择修改,增加要计算的结果,如此反复可以确定计算项目
中规定的尺寸及要求制备。 ＩＮＳＴＲＯＮ５５６７电子多功能测定仪有１０Ｎ、１００Ｎ、１ｋＮ、３０ｋＮ 四个力传感 器，可以根据需要选择。本仪器配有恒温箱，可以测定样品的变温拉伸等变温试 验。具体操作如下。 １ 开机 １１ 检查拉伸机、压缩机、计算机的电源，确保连接正确 （注意压缩机的 使用电压为１１０Ｖ，要连接在配套的变压器上），先 打 开 拉 伸 机 和 压 缩 机 电 源 开 关，再打开计算机。 １２ 在 Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统中，双击 Ｍｅｒｌｉｎ图标，点击 “系列Ⅸ”按 钮 进 入仪器控制主屏。 ２ 设置实验方法 ２１ 在仪器控制主屏中，单击 “方法 ［Ｍ］”图标进入方法编辑程序。 ２２ 方法编辑方法有二： （１）创建一个方法 “文件”菜单中，选择 “新的”子菜单。在方法种类框中选择要进行试验的 类型，输入二位数字方法数和方法标签，然后在其他菜单中设置方法的参数，保 存、返回主屏。 （２）修改一个方法 “文件”菜单中，选择 “打开”子菜单。依次修改相应的参数，另存、返回 主屏。 ２３ “主要”菜单→总体参数，依次选择输入单位种类、结果单位种类 （一 般为国际标准），机器控制，是否使用引伸仪，是否启用结果文件和 ＡＳＣＩＩ测试 数据文件。 ２４ “试样”菜单中输入样品的尺寸，样品信息。 ２５ “实验”→控制，在控制子框选择试验方向，控制通道。在速度子框输 入横梁速度，输入所用磅力传感器的大小。 ２６ “实验”→极限，确定 断 裂 点 检 测，绝 对 限 制，到达极限值时机器的 动作。 ２７ “数据”→记录，用计算机。 ２８ “数据”→标定，用计算机。 ２９ “报告”→设置，选择报告类型，或在范本中选择标准类型。 ２１０ “图形”→屏幕设置，点自动刻度尺，确定相应 Ｘ、Ｙ 轴的标签，或 点范本选择标准类型。 ２１１ “计算”→屏幕，对话框中删除项目，或分别在功能列表和计算列表 中选择修改，增加要计算的结果，如此反复可以确定计算项目。 ３２
样品测试 注意:为了保护仪器,保证实验正常进行,在进行试验之前,将拉伸机机架 上的限制旋钮放在适当的位置,让横梁在旋钮之间运行时不能太高或太低而夹具 相互碰撞。 3.1安装样品,用控制面板上的 TOG UP和 TOG DOWN按钮调节夹具 将样品放在气动夹具中,踩 CLOSE一次,上夹具自动夹住样品,再踩一次下夹 具夹住样品,踩OPEN夹具松开。如果使用引伸仪,将引伸仪用橡皮圈固定在 样品上。在编辑方法中选用引伸仪并在选取计算点之后,将引伸仪取下 注意:安装样品时注意安全,防止手被气动夹具夹伤。引伸仪为贵重附件 要小心使用,及时从样品上取下 3.2点击平衡1、2或在控制面板中按下, BALANCE1、 BALANCE2 清零。 3.3在仪器控制主屏中,单击“实验”图标进入试验程序,输入样品名 确定试验类型,实验方法,样品信息。 3.4点击开始试验,试验完成后,点击继续,测下一个样品或退出试验 4.数据处理 4.1在仪器控制主屏中,单击“重播”→方法亠确定→开始重播实验。按 继续重播选择其他样品或退出 4.2在仪器控制主屏中,单击“图形”,选择文件名,查看图形。 5.关机 在仪器控制主屏中,单击“退出”→“退到 Windows”→关闭计算机。再 关闭拉伸机开关,关闭压缩机电源 静态法与动态法相比,经济简便。另外,扭摆法和动态黏弹谱法对试样的规 格要求严格,如试样合适,则可以得到聚合物材料的许多精细变化的信息。 1.2.2.9动态机械分析在聚合物材料中的应用 材料研制和应用开发是热分析应用的主要领域,这不仅仅是因为热性能是材 料的主要性能,而是因为应用热分析方法能为材料的研制和开发提供许多有用的 信息,使工作收事半功倍之效。下面扼要介绍热分析在材料应用的几个方面。 (1)测定高聚合物的次级转变测定材料的玻璃化温度的方法很多,如 TMA、DSC等,DMA对材料的转变更灵敏。对于高度填充或增强材料,发生 玻璃化转变时材料的热熔(DSC测试的基础)和热膨胀系数(TMA测定的基 础)变化一般不明显,而材料的模量要变化几个数量级,因而,DMA测定T。就 很容易。DMA的最大优势是测定材料的次级转变。例如,DMA对尼龙的测试 不仅可以得到T。(a转变),而且还可得到β及γ转变,还可以研究环境(如湿
３ 样品测试 注意：为了保护仪器，保证实验正常进行，在进行试验之前，将拉伸机机架 上的限制旋钮放在适当的位置，让横梁在旋钮之间运行时不能太高或太低而夹具 相互碰撞。 ３１ 安装样品，用控制面板上的 ＴＯＧ ＵＰ和 ＴＯＧ ＤＯＷＮ 按钮调节夹具， 将样品放在气动夹具中，踩 ＣＬＯＳＥ一次，上夹具自动夹住样品，再踩一次下夹 具夹住样品，踩 ＯＰＥＮ 夹具松开。如果使用引伸仪，将引伸仪用橡皮圈固定在 样品上。在编辑方法中选用引伸仪并在选取计算点之后，将引伸仪取下。 注意：安装样品时注意安全，防止手被气动夹具夹伤。引伸仪为贵重附件， 要小心使用，及时从样品上取下。 ３２ 点 击 平 衡 １、２ 或 在 控 制 面 板 中 按 下，ＢＡＬＡＮＣＥ１、ＢＡＬＡＮＣＥ２ 清零。 ３３ 在仪器控制主屏 中，单 击 “实 验”图标进入试验程序，输 入 样 品 名， 确定试验类型，实验方法，样品信息。 ３４ 点击开始试验，试验完成后，点击继续，测下一个样品或退出试验。 ４ 数据处理 ４１ 在仪器控制主屏中，单击 “重播”→方法→确定→开始重播实验。按 继续重播选择其他样品或退出。 ４２ 在仪器控制主屏中，单击 “图形”，选择文件名，查看图形。 ５ 关机 在仪器控制主屏中，单击 “退出”→ “退到 Ｗｉｎｄｏｗｓ”→关 闭 计 算 机。再 关闭拉伸机开关，关闭压缩机电源。 静态法与动态法相比，经济简便。另外，扭摆法和动态黏弹谱法对试样的规 格要求严格，如试样合适，则可以得到聚合物材料的许多精细变化的信息。 １２２９ 动态机械分析在聚合物材料中的应用 材料研制和应用开发是热分析应用的主要领域，这不仅仅是因为热性能是材 料的主要性能，而是因为应用热分析方法能为材料的研制和开发提供许多有用的 信息，使工作收事半功倍之效。下面扼要介绍热分析在材料应用的几个方面。 （１）测定 高 聚 合 物 的 次 级 转 变 测定材料的玻璃化温度的方法很多，如 ＴＭＡ、ＤＳＣ等，ＤＭＡ 对材料的转变更灵敏。对于高度填充或增强材料，发 生 玻璃化转变 时 材 料 的 热 熔 （ＤＳＣ 测 试 的 基 础）和 热 膨 胀 系 数 （ＴＭＡ 测 定 的 基 础）变化一般不明显，而材料的模量要变化几个数量级，因而，ＤＭＡ 测定Ｔｇ 就 很容易。ＤＭＡ 的最大优势是测 定 材 料 的 次 级 转 变。例 如，ＤＭＡ 对 尼 龙 的 测 试 不仅可以得到Ｔｇ （α转变），而且还可得到β及γ 转变，还可以研究环境 （如湿 ４２