应力-应变曲曲线和动态力学性能测试.ppt

高聚物的应力 应变曲线 1 实验目的要求熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件和测试原理 了解测试条件对测定结果的影响 掌握塑料拉伸强度的测定方法 2 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 拉伸时 试样在纵轴方向所受到的力称为表观应力 P A0 MPa 1 1 式中 P为拉伸载荷 A0为试样的初始截面 试样的伸长率即应变 为 L L0 100 1 2 式中 L0为试样标定线间的初始长度 L为拉伸后标定线长度的变化量 对于形变很大的聚合物材料 由于拉伸过程中试样的截面积发生变化 从曲线直接得到的标称拉伸力学性能已经不符合实际情况 故必须转化成真应力和真应变 以求得真实拉伸力学性能 真应力为 MPa 1 3 式中P 拉伸截荷 N A 试样的瞬时截面积 mm2 如果与之相应时刻内 试样的标线长度由L被拉伸为L dL 则真应变 为 1 4 假定试样在大形变时体积不变 即AL A0L0 则真应力可表示为 1 5 真应变 和真应力可由标称应变 和标称应力 通过式 1 4 和式 1 5 求得 在实际拉伸过程中 试样的截面积A的变化更为复杂多样 有的试样会均匀地逐渐变细 而有些则突然变细成颈 以后截面积A基本保持不变 只是细颈进一步伸长 直到被拉伸为止 这就是被称为 冷拉 现象 3 实验原材料和仪器设备原材料聚丙烯 PP 聚苯乙烯 PS 仪器设备万能电子拉力机 日本岛津AG 10KNA 游标卡尺 直尺 万能电子拉力机测试主体结构示意图 如图 所示 图 万能电子拉力机测试主体结构示意图1 传感器 2 主架 3 横梁控制器 4 夹具 5 横梁 6 记录仪 7 控制台开关 8 控制面板 9 显示屏 4 实验步骤 试样制备调换和安装拉伸试验用夹具设定试验条件键入样品参数5 问题讨论 1 改变试样的拉伸速率会对试验产生什么影响 2 在试验过程中 试样的截面积变化会对最终谱图产生什么影响 你认为在现有的试验条件下能否真实地获得或通过计算获得瞬时的截面积 动态力学分析法研究两相聚合物的相容性 1 实验目的要求掌握使用DMTA IV型动态粘弹谱仪测定聚合物的复合模量 储能模量 损耗模量和阻尼模量的原理及方法 通过数据分析 了解共聚 共混聚合物的结构特性 2 实验原理如果在试样上加一个正弦伸长应力 频率为 振幅为 则应变也可以以正弦方式改变 应力与应变之间有一相位差 可分别表示为 式中和分别为应力和应变的幅值 将应力表达式展开 应力波可分解为两部分 一部分与应力同相位 峰值为 与储存的弹性能有关 另一部分与应变有90 的相位差 峰值为 与能量的损耗有关 定义储能模量 损耗模量 和力学损耗 复数模量可表示为 其绝对值为 在交变应力作用下 样品在每一周期内所损耗的机械能可通过下式计算 与成正比 因此 样品损耗机械能的能力高低可以用或值的大小来衡量 动态力学分析对分子运动特别灵敏 当一定温度下高分子链段运动频率与仪器施加频率一致时 由于链段运动而产生的分子间摩擦作用能最大限度地损耗机械能 此时值达到最大值 储能模量也随温度上升而大幅度下降 若所研究的样品为两组分体系 如果两组分完全不相容 样品形成明显的两相结构 此时 T曲线和 T 曲线有两个转变区 对应于两种不同的相 若两相聚合物有一定相容性 则随着相容性的改善 T曲线上逐渐由两个转变峰过渡为一个宽转变峰 3 仪器DMTA IV型动态粘弹谱仪主机炉内结构如图所示 样品通过夹具 拉伸 压缩 剪切 悬臂梁 三点弯曲等夹具 T bar与驱动器 应力传感器和位移检测器相连接 试样在预张力 最大值 15N 的作用下由驱动器施加一固定频率的正弦伸缩振动 预张力的作用是使试样在受到伸缩振动时始终产生张应力 应力传感器和位移检测器分别检测到同样振动频率的正弦应力和应变讯号 经仪器信号处理器处理 直接给出 和值 测量过程中通过控制样品炉的升温程序 炉温范围 150 600 注意 设置温度禁止超过材料熔点 升温速率 0 1 min 40 min 400 后25 min 降温速率 0 1 min 20 min或改变频率 频率范围 1 6 10 3 200Hz 最后可得到 和对温度 T 频率 Hz 或时间 t 的图谱 本机配置计算机 可通过计算机设置测试条件 完成条件控制 数据处理及打印谱图 4 实验步骤样品共混样品制备试条制备用刀将薄膜裁成宽5 10mm 长30mm试条备用DMTA测试部分 接通DMTA电源 预热20分钟 点击电脑屏幕上的RSI软件 在 Utilities 中选 Instrumentonline 进行联机 在DMTA面板上 上扳 samplechambermotioncontrol 开启炉子 去除T bar上的所有夹具 Utilities calibrateinstrument calcheck continue 进行弹簧常数检测 将检测值和原值进行比较 只要在20 的误差允许范围内 即可按 accept 进行下一步 control Edit Starttest 在 Title 栏中填入标题 在 operation 栏中填入操作者姓名 在 EditNotes 中进行注释编辑 在 SampleGeometry 栏中选中 PredefinedGeometries Geometry 栏选 SingPtBud SingleCantileverBendingGeometry EditGeometry Framesize 选 Medium 2mm CenterClamp 选 Medium 6mm Length 8 0 为默认值 不用改动 用游标卡尺量取样品的宽 厚尺寸 并填入相应的栏中 样条尺寸30 10 l 5左右 ToolserialNum 中填 0000 options ToolThermalExpansioncoefficient 栏中填 0 0 FixtureCompliance 栏中填 0 0 Tollmass 栏中填 13 1g okok Testsetup 选 PredefinedTestSetUp Test 选 DtempRamp DynamicTemperatuneRampTest Edittest Frequency 栏中填 1 0 Hz InitialTemp 填 20 0 FinalTemp 填 120 0 RampRate 填 2 5 SoakTimeafterRamp 填 0 TimePerMeasure 填 l Strain 填 0 05 option 不选 即在 DelayBeforeTest AutotensionAdjustment 和 MeasureOption 三个选择项前均无 号 Ok Ok endoftest turnofftempcontroller 设为 NO TurnOFFMOTOR 设为 NO turnholdon 设为 NO Ok test 中选 strain control Measure 中选 Dynamic Loadsample 在DMTA的T BAR上安装 straightclampsupport 在四根支架上安装 wideFaceFrameBar 和 Mediumclamp 并上好螺母 5 问题讨论 1 如何通过动态粘弹试验评价共混或复合材料的相容性 continue 仪器自动零点校正用10cN M的扭力扳手安装样品 同时要保证软件窗口中标尺的读数的绝对值小于0 001 还要保证炉子关闭时 样条不会触及护壁 DONE 合上炉子 等待温度示值稳定后 BeginTest layout Plotlayout layout 中选Temp为X轴 为Y left轴 为Y right轴 scaling 中把两个Y轴设为对数坐标 X轴为线性坐标 在 color symbols lines 中选取不同的颜色和线性 试验结束后 卸下全部的夹具及样品 并关闭软件 最后关闭DMTA电源