6.6 蠕变及应力松弛试验

1第六章力学性能测试第六节蠕变及应力松弛试验2蠕变现象在一定温度和远低于该材料断裂强度的恒定外力作用下，材料的形变随时间增加而逐渐增大的现象在恒定应力下形变随时间的发展过程例如软聚氯乙烯丝(含增塑剂)钩着一定重量的砝码，就会慢慢地伸长，解下祛码后，丝会慢慢缩回去，这就是聚氯乙烯丝的蠕变现象3高聚物的蠕变曲线OA段称为普弹形变AB段称为高弹形变CD段称为粘性流变蠕变过程包括下面三种形变普弹形变高弹形变粘性流动4应力松弛在恒定温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象在恒定形变下应力随时间的衰减过程拉伸一块未交联的橡胶到一定长度，并保持长度不变，随着时间的增长，这块橡胶的回弹力会逐渐减小原因？高聚物一开始被拉长时，其中分子处于不平衡的构象，要逐渐过渡到平衡的构象，也就是链段顺着外力的方向运动以减少或消除内部应力5高聚物的应力松弛曲线蠕变现象与应力松弛一个问题的两个方面蠕变现象和应力松弛严重，都意味着高聚物制品的尺寸很不稳定6蠕变概念试样在加载后单位横截面上所承受的力称为蠕变应力。试样在承受外力后单位长度的形变称为蠕变应变。把蠕变应力与蠕变应变之比称为蠕变模量AF00LLLεσEEJ1蠕变柔量蠕变模量7一、蠕变试验塑料的蠕变试验仅对拉伸蠕变试验加以介绍。参照：标准为GB11546—2008。橡胶的蠕变试验以压缩蠕变试验为例加以说明。参照：标准为ISO8013(GB19242-2003)。8塑料的蠕变试验加载装置蠕变试验的加载装置，可分为恒载荷装置和变载荷装置。对于在蠕变试验中形变小的材料，一般采用恒载荷装置，如图的直接悬挂式装置；恒载荷装置9试验中形变较大的材料，为了保持其应力恒定，就必须采用变载荷的加载装置，如下图所示：10下图所示为带平衡砝码装置的滑轮机构的加载荷型式，调节平衡砝码，以补偿试样伸长带来的试样上应力的增加。同时要求施加载荷的精度为所加载荷的，并且要求能迅速、平稳而无震动地加载。1112变形测量系统和加热系统变形测量系统加载后能随着加载时间的增加而自动连续地测定试样的形变，形变的测定精度一般要求达到测定形变的±1%。加热系统温度和湿度的控制装置，一般采用恒温恒湿箱。整个试验过程中自动连续地记录箱内温度和湿度的装置。13夹具、计时器、千分卡夹具设计和使用夹具时，应保证加载轴线尽可能地与试样纵向轴线相重合，升高载荷时，试样和夹具不允许有任何位移。计时器任何计时器都可适用，自动计时系统更为适合。千分卡千分卡的精度为±1%。14试样标距内至少测量三点，宽度精确至0.05mm，厚度精确至0.01mm。横截面积应是在三点测得横截面积的平均值；计算蠕变强度极限时，应使用三点测得的最小横截面积，在标距内横截面的偏差不应超过±2%。15试验操作测量试样；夹持试样；预加载试样；连续加载试样；夹具的移动速度为（5±1）mm/min；测定蠕变极限强度16结果处理应变与时间的关系，绘出应变—的关系曲线。在此曲线上，截取某一规定时间，如1000h或其他时间，求得应力和相对应的蠕变应变。17以若干不同水平的应力对相应的蠕变应变作图即可得到等时应力—应变曲线。可对不同材料的蠕变性能进行比较18橡胶的蠕变试验橡胶的蠕变试验也有拉伸、压缩、弯曲、剪切等。橡胶的蠕变还包括物理蠕变和化学蠕变。物理蠕变速率随着时间的增加而减小，而化学蠕变速率与时间近似线性关系。19压缩蠕变试验设备要求的是仪器的试验台与压缩试样的压板是两块相互平行的板，试样台是固定的，压板是可动的；试样台在压板承受压缩力时不得产生任何方向的位移；压板只能在一个方向自由地、无摩擦的移动，其移动方向与试样的轴向一致。压缩力要在5~6s内完全地、平稳地、无冲击地加到试样上，而且在整个试验过程中保持大小和方向不变。压缩力的方向与试样的轴向一致。测量精度是试样厚度的0.1%。20试验操作先将试样连同夹具一起置于恒温箱中，保持足够时间使试样达到温度平衡，然后在一定时间内（6s）向试样施加一定外力，使试样达到约20%的压缩变形。加力必须均衡、稳步进行，防止冲击式地加力，所施加的力在整个试验过程中必须恒定不变，精度为±1%。加力后在内测初始变形，以后在规定时间间隔内测量变形，一般时间间隔为100、1000、10000min；或1、2、4、7d，从而计算其蠕变值，蠕变测量的精度要求为±0.1%。21二、应力松弛应力松弛在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现象物理松弛对温度不十分敏感与应变下分子网络结构的重排，分子链缠结的解脱和重置，以及存在于分子链之间、填充粒子之间，分子链与填充粒子之间的次价键的断裂有关化学松弛对温度十分敏感，与化学键的断裂有关，断裂可以发生在聚合物分子链，也可以是交联网链22时温等效原理高分子链段具有足够大的活动性，从而使高聚物表现出高弹形变，或者要使整个高分子能够移动而显示出粘性流动，都需要一定的时间(用松弛时间来衡量)。温度升高，松弛时间可以缩短。因此，同一个力学松弛现象，既可在较高的温度下，在较短的时间内观察到，也可以在较低的温度下较长的时间内观察到升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的，对高聚物的粘弹行为也是等效的。23做橡胶和低模量高聚物的应力松弛试验，可以使用简单的杠杆式拉伸应力松弛仪。24蠕变和应力松弛试验的影响因素温度的影响25压力的影响增大压力可以使材料的自由体积减少，降低了分子链段的活动性，即降低了柔量聚合物分子量的影响蠕变和应力松弛来自分子链的缠结而产生的粘性和弹性，交联状态的影响交联的高聚物，由于分子间不能滑移，所以应力不会松弛到零共聚和增塑作用的影响26结晶化的影响性能与交联的橡胶类似，结晶度减少蠕变或应力松弛聚合物分子结构的影响分子链柔曲性和分子链间作用力大小反映出其蠕变和应力松弛性能，分子链愈柔曲，分子链间作用力愈小，其蠕变和应力松弛就愈明显