拉伸弹性模量论文张彩霞.docx

《拉伸弹性模量论文张彩霞.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拉伸弹性模量论文张彩霞.docx（4页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、聚酰胺PA66拉伸弹性模量的测试研究张彩霞（）摘要：依据ISO527测试标准，拉伸弹性模量的计算，界定为应变值e分别为0.0005和0.0025两点所对应的应力 值之差与应变值之差的比值。但实际应用中以此两点，计算出的聚酰胺PA66的拉伸弹性模量，数据失真，不能正确反应 出该类材料的刚性。因此在实际研究中我们选取了在材料的线性弹性限度内应变值e分别为0.0020和0.0050两点所对应的应力值之差与应变值之差的比值，以此计算材料的拉伸弹性模量，数据真实可靠，科学地反映了聚酰胺PA66材料ISO527-2应力应变注塑聚酰胺PA66的拉伸弹性模量。关键词：杨氏模量 拉伸弹性模量 弹性形变聚酰胺PA

2、66 （俗称尼龙66 ）是目前广泛应用 的一种工程塑料，它是一种半晶体-晶体材料。其 制品不但韧性好、强度大，而且耐磨、耐蚀、耐 油、耐高温，即使在较高温度下也能保持较大的 强度和刚度。因此广泛应用于机械、电子、汽车、 化工、纺织等行业。尼龙66不仅是高级合成纤维 的原料，而且还是工程塑料的主要原料，用于生 产机械零件，如用尼龙66生产齿轮润滑轴承等。 故该类产品物性指标的检测尤为重要，本文主要 通过对聚酰胺PA66的拉伸弹性模量测试进行研 究，为材料的应用范围提供可靠的理论依据。杨氏模量（Youngs modulu s）是表征在 弹性限度内物质材料抗拉或抗压的物理量，它 是沿纵向的弹性模量。

3、1807年英国物理学家托 马斯杨根据胡克定律，揭示了在物体的弹性 限度内，应力与应变成正比，这一比值后来就 被命名为材料的杨氏模量，杨氏模量的大小反 映了材料的刚性大小，它是材料的属性，与外 力及物体的形状无关，取决于材料的组成。拉 伸弹性模量是杨氏模量中的抗拉弹性模量， 是 工程技术设计中常用的重要参数，因此作为选 定机械零件材料的依据之一。为此我们深入理 论研究，并且进行了大量实验，最终探索出聚 酰胺PA66材料拉伸弹性模量的科学测试方法。笔者在进行聚酰胺PA66材料拉伸弹性模量测 试实验时，均采用1mm/min恒速拉伸测试法。1.实验部分1.1实验材料：中平能化工程塑料公司聚酰胺产品：P

4、A66原 生、增强、增韧切片。1.2实验设备：鼓风干燥箱：101-4型，上海实验仪器厂。注塑机：HYF-1000型，宁波海鹰注塑机厂。游标卡尺：单位：0.02mm，哈尔滨量具刃具集 团有限责任公司。拉伸实验机：AI-7000M，锲形夹具，容量 2000Kgf，台湾高铁检测仪器有限公司。1.3试样制备：将聚酰胺PA66切片放置在鼓风烘箱内于 98。2。下烘10个小时，然后经注塑机注塑成 哑铃形拉伸测试样条，原生增韧型PA66切片在 278r2r温度下注塑，玻纤增强型PA66切片在 283r2r温度下注塑.注塑成品样条无扭曲，具 有两对互相垂直的平行面，表面边缘无擦划，斑 点，烧结点和飞边，内部无

5、气泡、无杂质的均匀 样品。垂直性和平整性需经过目视观察和角规测 量合格。如下图1-1：图1-1总长 L3： 150mm;标距 L0： 50.0 0.5mm;狭窄 平行部分长度L1： 60 0.5mm;夹具间初始距离L： 115 1mm;曲率 R：60mm;中间宽度 b : 10.0+ 0.2mm;端宽 b2： 20.0 0.2mm;厚度 h： 4.0 0.2mm。1.4性能测试拉伸测试样条状态调节条件：温度23 2。， 相对湿度50% 10%，时间24小时。拉伸弹性模量按ISO527-2标准要求进行测 试。2结果与讨论2.1按ISO527-2标准要求，选取并修整 试样，进行测试，测试软件自动计

6、算拉伸弹性 模量 Et = (a2-ai)/(s2-8i)o式中：Et杨氏弹性模量，单位：兆帕MPa; 本文专指拉伸弹性模量Et；a 1应变值& 1 = 0.0005时所对应的应力值，单位：兆帕MPa;a2应变值& 2 = 0.0025时所对应的应力值，单位：兆帕MPa。&、&2均为无量纲的应变值，是拉伸测试样 条在线性弹性范围内，标距L0 = 50.0mm的增量与 L0的比值，可以百分数或小数表示，本文均以小 数表示。(1 )按照上文设定实验条件，所得原生PA66 (本色且未增强增韧，未添加特殊助剂的PA66切 片。)拉伸样条测试结果如图2-1o纵坐标为应力a，单位：千牛KN;横坐标为 标距

7、L0增量，单位mm;曲线表示应力与形变的对 应关系，图中直线为直观表达拉伸弹性模量的线 性特征，本文各图均同此意。弹性模量MPa132-5.3.736W.19li3.954.677531.4510020.00.300.京0。2,400Z1001.8001.5001.2000.900由此可见，依据SO527-2标准规定的取点范U. U U LJA- I-1-W439 964.0-8.0围，测出聚酰胺原生PA66拉伸弹性模量Et数据失真，且无任何规律，严重偏离真实值。一般情况，不添加特殊助剂的原生PA66材料，其拉伸弹性模量Et在(3000 300 ) MPa，笔者进行了大量测试 实验，认为&分别

8、为0.0005和0.0025的取值 点，不适合原生PA66拉伸弹性模量的测试。我们 再从图2-1截取一张单图(即图2-2)来分析，图中两个打叉的点分别为& 1 = 0.0005和& 2 =0.0025，线性陡直上升，应力与应变成不成正比，显然应力迅速增长，应变增速极慢，不符合杨氏模量的定义，因此依据该取值点测算出的拉伸弹性模量不具备参考价值。弹性模量MPa13503.14土 000 2.7D0 2.400 2.100 1.-80E) 1：500 1:200 0.50G 0600 0.300 0.000图2-2增韧型聚酰胺PA66材料采用该方法同样无法 检测出其拉伸弹性模量的真实值，本文不再累述

9、。(2 )玻纤增强型聚酰胺PA66拉伸样条测试，该实验选用玻纤含量30% (质量比)的材料，注塑及图2-4：.弹性模量.7,(100.lvPa6.300：2.1875.125.600：25367.423 651.76:;4.?0030701.264顷143/500：00：暨侦1.4：0:700：.Q.00CI26317.74100根，实测50根，随机拿出一组数据，如图2-3按照ISO527-2标准规定的&取点范围，所测 玻纤增强型聚酰胺拉伸弹性模量数据与真实值相 差很大，不具备工程或设备选材的指导性。我们 仔细观察图2-3及图2-4，可知&广0.0005和 色2 = 0.0025之间的应力应变

10、关系不能反映该 材料的线性弹性特征。我们再仔细观察从图2-3中截取的图2-4,取 值点之间应变与应力不成线性正比，不符合胡克 定律，更不符合杨氏模量的定义，因此该数据 不正确，无法反映拉伸弹性模量的真实值，失去10%GF,20GF%,25%GF聚酰胺PA66材料，依据此取 值区间测算出的拉伸弹性模量均不正确，不具选 材参考依据，本文不再列举说明。2.2 按ISO527-2标准方法，但&选取为 0.002和0.005，计算拉伸弹性模量Et=（Q2- 。1）/（&2一&1）。（1 ）原生聚酰胺PA66材料拉伸样条测试结 果如图2-5和图2-6,所用拉伸测试样条与图2-1 样条为完全相同的材料，是同

11、一批次注塑样条， 共100根合格样条，图2-1用50根，图2-5用50 根。本文仅随机拿出一组数据来比较和说明& 1 和& 2取值区间对拉伸弹性模量测试实验的影响。测试意义。弹性模量7： 000 ;6：300 5.600 4.900 4.200 泡。 2；800 2.100 1.400 0.700 0.00图2-4其他含量的玻纤增强型聚酰胺PA66材料，如 来看，&广0.002和&广0.005分别为下图打叉 处，两点间应力应变成正比，且在材料的线性弹 性限度内，此时去除外力（即垂直拉伸力）形变 恢复，试样不变形，符合杨氏模量定义，以该取 值区间测试出的拉伸弹性模量，较准确地反映了 原生PA66

12、材料的刚性.对比巴斯夫工程塑料同类 产品，未增强增韧本色PA66材料，拉伸弹性模量（ISO527-2 ）为3000MPa，由此可见该取值区间的选取具有一定科学性，测试结果具有可比性、可 靠性和重现性。弹性模量MPa5416.461.400辽.硕 步30。 go 4.900 4.200 3.500 2； 00笔者进行大量拉伸弹性模量测试实验，选该区间计算拉伸弹性模量有5%左右实验数据偏高或 偏低，经过认真比对，发现试样本身潜在缺陷占 2%，不均匀率占3%，这是因为试样不可避免地受 注塑工艺及测试环境的某些影响，我们可以将这 些偏差大的实验结果舍弃，加倍追加实验，增加 实验的重现性，提高实验的可信

13、度。3:W2.40Q 21曲 1祯 1蜿a1.20Q, 0.茹 0oM 0.000玻纤增强型拉伸样条测试结果：下图2-7弹性模量 MPa 9416:46 9025.79 明:.彩 路爵.耳2 9707.5：7.Q.0.06005顾U4.9004； 20.03： 500：2.BOO2. W0畔从下面的一张单图2-8我们可以分析：胃=0.700弹性模量MPa2963.0.1.(2)是玻纤含量30% (质量比)的PA66产品的拉伸弹 性模量测试图，该样条采用图2-3及图2-4实验 同一批次注塑试样，实验50根，随机拿出一组数 据，如下图。0.002和七=0.005区间准确反映了该材料的拉 伸弹性模量

14、:相反1 = 0.002以下区间应力应变 无法表征材料的拉伸弹性模量，应力在1.4KN以 下，应变变化甚微，近似为0，曲线甚陡，接近垂3.结论：(1 ) ISO527-2标准要求，分别为 1 = 0.0005和广0.0025计算拉伸弹性模量Et = (a2-ai)/(2-s1)，不适用聚酰胺 PA66.2 ( 2)经过深入研究和大量实验，以 1 = 0.002和2 = 0.005区间为计算基准，计算拉伸 弹性模量Et，适合聚酰胺PA66拉伸弹性模量的测 试。七(3 )聚酰胺PA66材料拉伸弹性模量宜采用 1mm/min恒速拉伸测试法，测试开始至试样断 裂为一个测试单元，每组至少有5根有效测试

15、单元，严格选取试样，并在测试后仔细检查断 裂试样是否有空心、杂质或疏松劣化现象，或 断裂在标距以外等实验，此类实验均视为无效 数据，需加倍追加实验，最终分析确定实验的 准确性。(4 ) ISO527-2标准规范了拉伸弹性模量测试 实验的条件、方法、试样标准尺寸等，除的取 值区间根据实际材料稍作调整外，其他规定均 应严格遵守，该方法仍具有统一标准，统一方 法，适用性强，具有利于对比同类产品的拉伸 性能指标的作用。参考文献1 何曼君，高分子物理，1990.10,第一版。2 潘祖仁，高分子物理,2003第三版。3 张 开，高分子化学，增强版。4 ISO527-1，ISO527-2 ; 1993 (E );5 ISO527-41,1997 ( E)。6 ISO R527,1996 ( E ),线，不能作为拉伸弹性模量数据计算依据。