断裂强度
断裂强度是表征纤维品质的主要指标,提高纤维的断裂强度可改善制品的使用性质。纤维的断裂强度,通常有以下几种表示方法:
1.断裂强力:亦称强力或断裂负荷,简称强力。即纤维材料受外界直接拉伸到断裂时所需的力,单位为牛顿(N),单位有厘牛顿(cN)、毫牛顿(mN)、千牛顿(kN)等。各种强力机上测得的读数都是强力。强力与纤维的粗细有关,所以对不同粗细的纤维,强力没有可比性。
2.相对强度:拉断单位细度纤维所需要的强力称为相对强度,即纤维的断裂强力与线密度之比,用以比较不同粗细的纤维拉伸断裂性质的指标,单位为N/tex。
断裂强度高,纤维在加工过程中不易断头、绕辊,终制成的纱线和织物的牢度也高;但断裂强度太高,纤维的刚性增加,手感变硬。
初始模量
初始模量(Initial modulus)亦称弹性模量或杨氏(Young’s)模量,表示试样在小负荷下变形的难易程度,反映了材料的刚性。
拉力拉伸实验步骤
1. 实验条件
(1)试验速度(空载) A:(105)mm/min,B:(505)mm/min,C:(10010)mm/min或(25050)mm/min。
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(10010)mm/min速度,相对伸长率>100%的用(25050)mm/min速度。
(2)测定模量时可用1~5mm/min的拉伸速度,其变形量应准确至0.01mm。
2. 以机械式拉伸试验机为例:按GBl03992标准方法的规定调节试验环境处理试样或GB/T1040为室温。
(1)试验环境
温度:热塑性塑料(252)℃,热固性塑料(255) ℃。湿度:相对湿度(655)%。
(2)试样预处理
将试样置于小的环境中,使其表面尽可能暴露在环境里。不同厚度d的试样处理时间如下:d<0.25mm的试样不少于4h;0.25mm<d<2mm的试样不少于8h;d>2mm的试样不少于16h。
(3)测量试样的厚度和宽度
模塑试样和板材试样准确至0.05mm;片材试样厚度0.01mm;薄膜试样厚度0.001mm;每个试样在距标线距离内测量三点,取算术平均值。
(4)测试伸长时
应在试样上被拉伸的平行部分作标线,此标线对测试结果不应有影响。
(5)用夹具夹持试样时
要使试样纵轴方向中心与上、下夹具中心连线相重合,并且松紧适宜,不能使试样在受力时滑脱或夹持过紧在夹口处损坏试样。夹持薄膜试样要求在夹具内衬垫橡胶之类的弹性薄片。
(6)按所选择的速度
开动机器,进行拉伸试验。
(7)试样断裂后
读取负荷及标距间伸长,或读取屈服时的负荷。若试样断裂在标距外的部位,则此次试验作废,另取试样补做。
(8)测定模量时
应记录负荷及相应变形量,作出应力应变曲线。
目的:做拉伸试验是考核塑料拉伸性能的各项指标,指标的高低很大程度上决定了塑料的适用场合,也能直接反应配方和工艺等对塑料材料性能的影响。
拉伸测试:使用电子拉力试验机测定塑料的拉伸力学性能,对材料施加拉伸应力后,测出应变值,绘制应力—应变曲线;从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值,曲线下方所包含的的面积代表材料的拉伸破坏能,它与材料的强度和韧性有关,强而韧的材料拉伸破坏能大,使用性能也佳。拉伸性能的好坏,可以通过拉伸试验进行检验,如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等;这些测试值的高低,可对塑料的拉伸性能做出评价。
拉伸应力:试样在计量标距范围内,单位初始横截面积上承受的拉伸负荷。
拉伸强度:在拉伸试验中,试样直至断裂为止所承受的大拉伸应力。
拉伸断裂应力:在拉伸应力应变曲线上,断裂时的应力。
拉伸屈服应力:在拉伸应力应变曲线上,屈服点处的应力。
断裂伸长率:在拉力作用下,试样断裂时,标线间距离的增加量与初始标距之比,以百分率表示。
弹性模量:在弹性形变内,材料所受应力(拉、压、弯、剪)与产生的相应应变之比。
屈服点:在应力应变曲线上,应力不随应变增加的初始点。
应力应变曲线:由应力和应变的相应值彼此对应地绘成的曲线图,通常应力值作为纵坐标,应变值作为横坐标。不同的高分子材料,具有不同的分子链结构,表现出的应力应变曲线的形状也不同,目前大致有五种类型。
*I种: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。
*II种: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。
*III种: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。
*IV种:软而韧,断裂伸长率大,拉伸强度比较高,仅弹性模量低,如天然橡胶、顺丁橡胶等。
*V种: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。
应力-应变曲线一般分两部分:弹性变形区和塑性变形区,在弹性变形区域,材料发生可完全恢复的弹性变形,应力和应变呈正比例关系;曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值,它代表材料的刚性;在塑性变形区,应力和应变增加不再成正比关系,随应力的增加,材料后出现断裂。
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