高聚物應(yīng)力松弛百分率的測定

1、高聚物應(yīng)力松弛百分率的測定一、目的1了解高聚物的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。2熟悉SC-40型壓縮應(yīng)力松弛儀的構(gòu)造和使用。二、原理1高聚物的粘彈松弛材料受外力作用時：l 理想彈性體服從虎克定律應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，平衡形變瞬時達(dá)到，形變與時間無關(guān)l 理想粘性體服從牛頓定律應(yīng)力與應(yīng)變速率成線性關(guān)系，形變與時間成線性關(guān)系，除去外力時形變不可回復(fù)l 聚合物受力時，應(yīng)力同時依賴于應(yīng)變和應(yīng)變速率，形變與時間有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理想彈性體和理想粘性體之間，聚合物的這種性能稱為粘彈性。粘彈性是一種力學(xué)松弛行為。由于大分子鏈間強相互作用力，以及相互纏結(jié)，使得高聚物形變時存在強烈內(nèi)摩擦，高分子鏈段熱運動遠(yuǎn)不如

2、理想氣體分子自由。故當(dāng)外界條件迅速變動時，高分子鏈?zhǔn)紫刃纬梢环N緊張構(gòu)象，然后逐漸調(diào)整為松弛構(gòu)象。這樣，高聚物從平衡態(tài)過度到另一平衡態(tài)需要一定時間，這種現(xiàn)象就是高聚物的松弛過程。考察高聚物的松弛過程，常通過在一定條件下，變更某些條件的不同方式。如在恒溫恒壓下瞬間給一固定形變，可觀察應(yīng)力隨時間逐漸衰減之應(yīng)力松弛現(xiàn)象；如在恒溫下施加較小的恒定外力時，材料的形變隨時間而逐漸增大的蠕變現(xiàn)象；如對高聚物施加一周期性交變應(yīng)力，則可觀察到形變總是落后于外力作用速度之滯后現(xiàn)象。前二者稱靜態(tài)松弛過程，后者稱為動態(tài)松弛過程。高聚物應(yīng)力松弛受應(yīng)變、溫度及高聚物結(jié)構(gòu)影響。通常溫度越高，應(yīng)力松弛越快，所以松弛速度：玻璃態(tài)

3、<高彈態(tài)<粘流態(tài)。此外，柔性高聚物易松弛；交聯(lián)度越大，松弛剩余平衡應(yīng)力越大，完全無交聯(lián)者，應(yīng)力最后將松弛到零。這些高聚物松弛的微觀機理很容易理解。圖1 交聯(lián)對高聚物應(yīng)力松弛影響圖2 溫度對高聚物應(yīng)力松弛的影響2Se-40型壓縮應(yīng)力松弛儀測試原理本實驗采用Se-40型應(yīng)力松弛儀來考察橡膠的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。此松弛儀結(jié)構(gòu)示意如圖3圖3 Se-40型壓縮應(yīng)力松弛儀示意圖1. 上夾板 2.下夾板 3.金屬桿 4.絕緣套 5.墊圈 6.百分表 7.彈簧片 8.刀口架 9.指示燈 10.試樣 11.彈簧片支架 12.活動板 13.絲桿 14.扳手部件1-5組成試樣夾具。試樣置活動金屬桿下端，被夾具

4、緊固壓縮到一定形變，壓縮率可用墊圈5調(diào)節(jié)。部件6、7組成測力計，彈簧片7共8片（厚度分別為：0.8, 1, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2）供選擇使用。百分表最小分度為0.01毫米。測力電路圖如圖4。圖4 測力電路圖測試時靠絲桿上升壓縮彈簧片。當(dāng)金屬桿尖端剛觸及彈簧片，指示燈即亮，此時彈簧片未形變。作用于金屬桿的試樣壓縮應(yīng)力為上夾板對金屬桿凸緣的反作用力所平衡（不考慮金屬桿的重力）。絲桿繼續(xù)上升，彈簧片即發(fā)生形變對金屬桿施一反作用力，此時試樣的應(yīng)力即為上夾板的的反作用力和彈簧片的反作用力共同平衡。當(dāng)絲桿上升到指示燈熄滅。此時金屬桿凸緣與上夾板分離。則彈簧片之形變應(yīng)力既

5、是等于試樣的壓縮應(yīng)力。記下百分讀數(shù)，從標(biāo)準(zhǔn)彈簧應(yīng)力曲線可求得該時刻試樣的壓縮應(yīng)力。圖5 彈簧片標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力應(yīng)變曲線三、儀器藥品實驗Se40型壓縮應(yīng)力松弛儀一臺（附彈簧片一套、墊圈一套、彈簧片標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力應(yīng)變曲線表一張）；卡尺（精確到0.02-0.05毫米）一把；圓柱型（直徑約8毫米，高約10毫米）橡膠試管若干。四、實驗步驟（1） 選擇合宜的彈簧片置刀架上（使試樣壓縮應(yīng)力在彈簧片的應(yīng)力-應(yīng)變范圍之內(nèi)）。并用彈簧夾固定之（注意，敲字面向上）；（2） 將百分表夾在緊固套內(nèi)，把測頭壓過不少于15度。轉(zhuǎn)動將度盤使O 點對準(zhǔn)指針。然后將測頭提動三次。如指針不能回到O點。需要轉(zhuǎn)動刻度盤使O點對準(zhǔn)指針。（3） 用卡尺

6、測量試樣的高和直徑。（4）選擇墊圈，使試樣壓縮率為20-30%，并用卡尺測量墊圈厚度和金屬桿凸緣厚度 。然后將試樣夾入夾具，固定試樣應(yīng)使之嚴(yán)格對準(zhǔn)金屬桿軸心線，并立即進(jìn)行下步測試。 （5）開啟電源開關(guān)，將夾好試樣的夾具置活動板上。然后轉(zhuǎn)動扳手使活動板上升，待指示燈亮而復(fù)滅時，立即停止，記下此時的百分?jǐn)?shù)讀數(shù)，然后反向轉(zhuǎn)動扳手，使活動板下降至百分表指針回到0點。如此重復(fù)三次，取讀數(shù)之平均值，并記錄下測試時間。 （6）測試時間：0min，1min，3min，6min，10min，15min，30min，45min，1h，1.5h，2h。五、數(shù)據(jù)處理（1）試樣壓縮率試樣壓縮率=（墊圈厚度-金屬桿凸緣厚

7、度）/試樣高度（2）應(yīng)力松弛百分率應(yīng)力松弛百分率=（s0-st/s0）´100%其中：s0開始所測試樣壓力（克/cm2） stt小時所測試樣應(yīng)力 試樣應(yīng)力可利用百分表讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)彈簧片應(yīng)力應(yīng)變曲線求得。彈簧片應(yīng)力應(yīng)變?yōu)榫€形關(guān)系（圖5），設(shè)K為直線斜率，如L為百分表讀數(shù)，S為壓縮試樣橫截面積，則試樣的壓縮應(yīng)力為：s =L/K·S。如只計算松弛百分率，可直接采用百分表讀數(shù)：應(yīng)力松弛百分率 =s0-st/s0（3）實驗報告A實驗記錄，包括：試樣類型和尺寸；測試條件（儀器，彈簧片的墊圈選擇，溫度）；測試數(shù)據(jù)和時間；B計算試樣壓縮率和應(yīng)力松弛百分率；C. 繪制試樣的應(yīng)力松弛（st）曲線。六、思考題： A、 為什么高聚物會產(chǎn)生應(yīng)力松弛？B、 從夾具中取出的壓縮后試樣與壓縮前高度是否相同？為什么？七、參考資