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嘉峪檢測網 2024-11-12 16:52
機械強度是材料力學性能的重要指標，機械強度就是材料抵抗外力破壞的能力，當所受外力超過材料承受的能力，材料就要發生破裂。對于各種不同的破壞力，則有不同的強度指標，常用的有拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和硬度，這里著重介紹拉伸測試速率對高分子聚合物測試性能的影響。
1. 高分子材料拉伸過程
拉伸性能是高分子聚合物材料的一種基本力學性能指標。典型單軸拉伸時的應力-應變曲線如圖1所示。
圖1中的Y點稱之為屈服點，對應的強度為拉伸屈服強度，試片在出現屈服之前發生的斷裂稱為脆性斷裂，這種情況下，試片斷裂前只發生很小的變形（圖中的OA段），試樣并沒有明顯的變化，斷裂面一般與拉伸方向相垂直，斷裂面也很光滑。
試片在出現屈服之后的斷裂稱之為韌性斷裂，試片在屈服后出現了較大的應變，如果在試樣斷裂前停止拉伸，除去外力，試片的大形變已無法完全回復，但是如果讓試片的溫度升到玻璃化溫度Tg附近，則可發現，形變又回復了。這是一種高彈形變，從微觀上看，屈服點以后材料的大形變主要是分子鏈段運動，即在大外力的幫助下，本來被凍結的鏈段開始運動，高分子鏈的伸展提供了材料的大形變。這時由于材料處在玻璃態，即使外力除去后，也不能自發回復，而當溫度升高到Tg以上時，鏈段運動解凍，分子鏈蜷曲起來，因而形變回復，在宏觀上表現為彈性回縮。
高彈變形的過程是外力作用促使材料主鏈發生內旋轉的過程，此過程需要的外力要小的多，而變形量卻大的多，所以在曲線上表現為屈服后應力下降也就是圖上的YB段，高分子鏈段在伸展過程中所需力的大小變化不明顯，故在曲線中部出現比較平穩的線段。
如果在分子鏈伸展后繼續拉伸，則曲于分子鏈取向排列，使材料強度進一步提高，因而需要更大的力，所以應力又出現逐漸的上升，直到發生斷裂（見圖中的BX段）。
以斷裂點為起始點向橫作標作垂直線，此時的封閉曲線則為整個拉伸過程中吸收的能量（見圖1中的斜面部分），通常曲面面積大，說明材料的韌性好。
2. 高分子材料在拉伸強度上的分類
由于高分子材料的品種繁多，它們的應力—應變曲線呈現出復雜情況。若按在拉伸過程中屈服點的表現、伸長率大小及其斷裂情況，大致可以分為五種類型。它們是：(1)硬而脆，如聚苯乙烯、有機玻璃和酚醛樹脂；(2)硬而韌，如尼龍、聚碳酸酯；(3)硬而強，如不同配方的硬聚氯乙烯和聚苯乙烯的共混物；(4)軟而韌，如橡膠、增塑聚氯乙烯；(5)軟而弱，如柔軟的凝膠，很少用作材料來使用
3. 拉伸試驗中的速度選擇
試驗速度（空載）
A：（10±5）mm／min，
B：（50±5）mm／min，
C：（100±10）mm／min或（250±50）mm／min。
速度選擇
① 熱固性塑料、硬質熱塑性塑料，用A速。
② 伸長率較大的硬質、半硬質熱塑性塑料（如PP、PA等），用B速。
③ 軟板、片和薄膜用C速。相對伸長率＜100％的用（100±10）mm／min速度，相對伸長率＞100％的用（250±50）mm／min速度。
拉伸速度直接影響測試的結果，相同樣品在不同拉伸速度下得到的結果差異比較大。以下為標準中推薦使用的機速：
在試驗過程中可以發現，當拉伸速率較低時，經過屈服點后試樣出現“細頸”現象，并伴隨有快速的流動性大變形，且細頸從位于夾具端的地方開始擴展，由于縮頸之后試樣的進入大變形擴展階段，試樣截面積變形，拉伸應力隨之降低，因此在應力-應變曲線中出現了“快速擴展平臺”（屈服平臺）。
而在較高的拉伸速率時，夾具的移動速度較大使得材料來不及出現縮頸擴展，因此，在應力應變曲線中不會出現屈服平臺，而試樣在較小的變形量下發生斷裂。
形象地可以理解為，像我們在折樹枝的時候，如果快速的彎折樹枝可能直接啪的一聲，樹枝就斷了。但慢慢去彎折樹枝，可能最后連對折連接處還沒折斷，這是因為緩慢的過程給了樹枝通過調整自身適應了這種變化。對于塑料來說也是一樣，一般拉伸速度越快，材料也就越容易被拉斷，機速越慢材料越不容易被拉斷。
來源：Internet
