实验八
电子拉力机测定聚合物
的拉伸应力应变曲线
目的和要求
1、熟悉高分子材料拉伸性能测试标准条件、
测试原理及其操作。
2、了解测试条件对测定结果的影响。
3、测定聚丙烯等材料的屈服强度，断裂强度
和断裂伸长率，并理解应力—应变曲线的
意义；
4、掌握高聚物的静载拉伸实验方法。
实验原理
1、应力—应变曲线
拉伸实验是最常用的一种力学实验，由实验测定
的应力应变曲线，可以得出评价材料性能的屈服
强度，断裂强度和断裂伸长率等表征参数，不同
的高聚物、不同的测定条件，测得的应力—应变
曲线是不同的。
应力与应变之间服从虎克定律，即：
式中 σ——应力，MPa；
ε——应变，％；
E——弹性模量，MPa；
A为屈服点，A点所对应力叫屈服
应力或屈服强度。
2、玻璃态高聚物拉伸时曲线发展的几个阶 段
(1)屈服区(2)延伸区(3) 增强区
3、影响高聚物机械强度的因素
(1)大分子链的主价链，分子间力以及高 分
子链的柔性等，是决定高聚物机械强度的主要
内在因素。
(2)混料及塑化不均, 会产生细纹、凹陷、
真空泡等形式留在制品表面或内层。
(3)环境温度、湿度及拉伸速度等对机械强
度有着非常重要的影响 。
4、由于不同的高分子材料，在结构上不同，表现为
应力-应变曲线的形状也不同。目前大致可归纳成5种
类型
• (a)的特点是软而弱。拉伸强
度低，弹性模量小，且伸长率
也不大，如溶胀的凝胶等。
• (b)的特点是硬而脆。拉伸强
度和弹性模量较大，断裂伸长
率小，如聚苯乙烯等。
(c)的特点是硬而强。拉伸强度和
弹性模量大，且有适当的伸长率，
如硬聚氯乙烯等。
(d)的特点是软而韧。断裂伸长率
大，拉伸强度也较高，但弹性模
量低，如天然橡胶、顺丁橡胶等。
(e)的特点是硬而韧。弹性模量大、
拉伸强度和断裂伸长率也大，如
聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙等。
仪器、设备和材料
1、 材料试样
(1) 试样的类型和尺寸
① I型试样 I型试样形状及尺寸分别见图2-1
和表1-1。
图2-1 I型试样
表 1-1 I型试样尺寸(mm)
• ② II型试样 II型试样形状及尺寸分别见图2-2和表1-2。
图2-2 II型试样
表1-2 II型试样尺寸
③ III型试样形状及尺寸分别见图2-3和表1-3。
图2-3 III型试样
表1-3 III型试样尺寸(mm)
④ IV型试样形状及以下分别见图2-4和表1-4。
图2-4 IV型试样
表1-4 IV型试样尺寸(mm)
(2)试样类型的选择 不同的材料由于尺寸效应不同，
故应尽量减少缺陷和结构不均匀性对测定结果的影响，按
表2选用国家标准规定的拉伸试样类型以及相应的实验速
度。
III型仅用于测定拉伸强度
(3) 试样的制备及要求
①试样制备和外观检查，按GB 1039规定进行。
②试样厚度除表中规定外，板材厚度d≤l0mm时，
可用原厚为试样厚度；当厚度d>10mm时，应从两
面等量机械加工至10mm，或按产品标准规定加工。
③每组试样不少于5个，对各向异性的板材应分
别从平行与主轴和垂直与主轴的方向各取一组试
样。
• 2、仪器、设备
实验设备为CMT微机控制电子万能试验机
实验步骤
• 1 按以下顺序开机：试验机——>打印机—
—>计算机。每次开机后，最好要预热10分
钟，待系统稳定后，再进行试验工作。
• 2 双击电脑桌面图标 ，进入试验
软件，选择好联机的用户名和密码
选择对应的传感器（本实验为1号传感器）
后击 。
• 3 准备好楔形拉伸夹具。若夹具已安装到
试验机上，则对夹具进行检查,并根据试样
的长度及夹具的间距设置好限位装置。
• 4 点击新试验，选择相应的塑料拉伸试验
方案(试验方案的设置参照软件说明书)，
输入试样的原始用户参数如尺寸等，如下
所示。多根试样直接按回车键生成新记录。
• 5 分别将上、下夹具装到试验机的上、下接头上，插上插
销，旋紧锁紧螺母。先搬动上夹具的上搬把，使钳口张开
适当的宽度，大于所装试样的厚度即可；将试样一端放入
上夹具钳口之间，并使试样位于钳口的中央，松开上搬把，
将试样上端夹紧。在夹好试样一端后，力值清零（点击力
窗口的 按钮）再夹另一端。
• 6 将大变形的上下夹头夹在试样的中部，并保证上下夹头
之间的顶杆接触，以保证试样原始标距的正确。本实验顶
杆的间距设置为50mm。
• 7 点击 ，开始自动试验。试验自动结束后，
软件显示试验结果，包括试样的拉伸断裂强度、断裂伸长
率和弹性模量等结果参数。
• 8 重复上述5-6步骤做完5个试样后，试验
完成。点击 ,打印试验报告。
• 9 关闭试验窗口及软件。关机顺序：试验
软件——>试验机——>打印机——>计算机。
实验数据与处理
• 1.拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈服应力或偏置屈服
应力。
－拉伸强度；－拉伸时的应变；
－拉伸断裂应力；－断裂时的应
变； －拉伸屈服应力；－屈服时
的应变； －偏置屈服应力；－偏
置屈服时的应变X％；
A－脆性材料；B－具有屈服点
的韧性材料；C－无屈服点的韧性
材料
图3-1 拉伸应力-应变曲线
按式(1-1)计算：
（1-1）
式中 ——抗拉伸强度或拉伸断裂应力或拉伸屈
服应力或偏置屈服应力，MPa；
P ——最大负荷或断裂负荷或屈服负荷或偏
置屈服负荷，N；
b ——试样宽度，mm；
d ——试样厚度，mm。
各应力值在拉伸应力-应变曲线上的位置见图3-1。
• 2、断裂伸长率 按式(1-2)计算：
（1-2）
式中 ——断裂伸长率，％；
Go ——试样原始标距，mm；
G ——试样断裂时标线间距离，mm。
• 3、标准偏差值S S按式(1-3)计算：
（1-3）
式中 S ——标准偏差值，
——单个测定值，
——一组测定值的算数平均值：
n ——一测定个数．
• 4、计算结果以算术平均值表示， 取三位有效数值， 取二位有
效数值，S取二位有效数值。
思考题
1 如何根据高分子材料的应力—应变曲线来
判断材料的性能？
2 在拉伸实验中，有时测试软件无法给出试
样模量值，这是为什么？
3 拉伸速度对测试结果有何影响?
