力学性能测试论文

随着科学技术的飞速发展，塑料制品已经广泛应用到国民生产和生活的各个层面[1]，下面是我整理的关于塑料拉伸性能测定技术论文，希望你能从中得到感悟!

拉伸速度对塑料拉伸屈服应力的影响

[摘 要]本文采用国家标准GB/T1040-2006对聚丙烯树脂进行了拉伸屈服应力的实验，研究不同拉伸速度下的拉伸屈服应力，并确定了最佳的拉伸实验速度为50 mm/min。同时对比了实验样条进行状态调节和未进行状态的拉伸屈服应力的差距。

[关键词]拉伸屈服应力 实验速度 状态调节

中图分类号：U958 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2015)22-0278-02

1.前言

随着科学技术的飞速发展，特别是聚烯烃工业的发展，塑料制品已经广泛应用到国民生产和生活的各个层面[1]，那么对塑料的各种性能进行严格的测试就显得非常重要，根据不同测试项目的结果可以判定该种塑料适合用于生产哪种类型的产品。其中力学性能是一个很重要的方面，包括拉伸、弯曲、冲击、压缩、撕裂性能等。而影响塑料拉伸性能试验结果的因素有很多，内在因素有塑料组分变化、分子量大小及分布、分子结构、分子取向程度和内部缺陷等，外在原因有试验仪器、试样的制备与处理、试验环境、试验参数、操作过程、数据处理和人为因素等[2]。

力学性能是结构材料最重要的使用性能，拉伸实验是应用最广泛也是最基础的力学性能实验方法。拉伸性能会随着样品厚度、制备方法、试验速度、夹具种类和拉伸度测量方法等因素的变化而变化[3]。对于不同的材料，试验速度对性能的影响不同，铝及其合金受拉伸速度的影响较小，软钢、不锈钢受拉伸速度的影响较大，试验速度增加，则强度性能指标升高，延伸性能指标降低;反之，强度性能与延伸性能指标的变化与上述相反[4]，而聚烯烃树脂的拉伸性能受拉伸速度的影响特别大，尤其是对拉伸屈服应力的影响最大，这是因为塑料属于粘弹性材料，其应力松弛过程与变形速率紧密相关，需要一个时间过程。

从分子运动机理角度来说，聚合物的拉伸过程包括弹性形变、屈服、应变软化、冷拉、应变硬化和断裂。屈服即是在应力作用下链段开始运动，因为链段运动是松弛过程，外力的作用使松弛时间下降，若链段运动的松弛时间与外力作用速度相适应，材料在断裂前可发生屈服，出现强迫高弹性，则表现为韧性断裂。若外力作用时间短，链段的松弛跟不上外力作用速度，为是材料屈服需要更大的外力，材料的屈服强度提高，材料在断裂前不发生屈服，则表现为脆性断裂。本文即主要研究实验速度对拉伸屈服应力的影响。

在材料拉伸或压缩过程中，当应力达到一定值时，应力有微小的增加，而应变却急剧增长的现象，称为屈服，使材料发生屈服时的正应力就是材料的屈服应力。

根据拉伸试验测出的应力、应变对应值，可绘制应力一应变曲线。从曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值。曲线下方所包括的面积代表材料的拉伸破坏能。它与材料的强度和韧性相关。强而韧的材料 ，拉伸破坏能大 ，使用性能也佳。不同类型的高分子材料的应力-应变曲线是不同，拉伸屈服应力的大小也不一样。典型的聚合物拉伸应力-应变曲线如图1所示。

在应力-应变曲线上，以屈服点为界划分为两个区域。屈服点之前是弹性区，即除去应力后材料能恢复原状，并在大部分该区域内符合虎克定律。屈服点之后是塑性区，即材料产生永久性变形，不再恢复原状。

根据拉伸过程中屈服点的表现，伸长率的大小以及其断裂情况，应力-应变曲线大致可分为如图2所示的五种类型：①软而弱;②硬而脆;③硬而强;④软而强;⑤硬而韧。

所谓的“软”和“硬”是用于区分模量的低或高，“弱”和“强”是指强度的大小，“脆”是指无屈服现象而且断裂伸长很小，“韧”是指断裂伸长和断裂应力都较高的情况。聚丙烯树脂和聚乙烯树脂就属于韧性材料，它们的拉伸应力-应变曲线就是图2中的第5种。从图2可以看出并不是所有的聚合物都有屈服点的，这也就说明不同类型的聚合物其拉伸屈服应力是不同的，有的甚至没用拉伸屈服应力。

2.实验方法

样品制备

本实验按照国家标准GB/T1040-2006[5]的要求对聚丙烯树脂进行了拉伸屈服应力的实验。实验所用的原料是神华包头煤化工有限责任公司生产的聚丙烯粒料，牌号是L5E89。样品制备所用的仪器是克劳斯玛菲注塑机，注塑温度为230℃，模温机温度是40℃，保压压力是60巴，保压时间是30秒，冷却时间是25秒。所用的模具是P003955/06。注塑成型的样品的尺寸是150 mm×10mm×4mm(平均值)，属于GB/T1040-2006中的Ⅰ型试样。对注塑成型的样条进行严格的挑选，保证样条的表面和边缘无划痕、黑点、空洞、凹陷和毛刺，样条应无扭曲，相邻的平面要相互垂直。样条的数量要足够多，保证每种试验参数下至少有10个合格的样条来进行平行试验。

样品进行状态调节

按照GB/T2918-1998[6]规定，将样品放在23℃，相对湿度为50%RH的恒温恒湿箱内状态调节48小时后再进行拉伸试验。

样品进行拉伸试验

拉伸实验所用的仪器是美国Instron公司的Bluehill万能试验机，根据GB/T 1040-2006，热塑性增强塑料的实验速度有B、C、D、E、F，即2 mm/min、5 mm/min 10 mm/min、20 mm/min 和50 mm/min，每种速度下都测试了10个样条，而且测试时操作方法要保持一致。测试前用游标卡尺在样条中心位置附近取三个点准确测得样条的宽度，取其平均值作为最终代入计算的数值，用测厚仪在样条中心位置附近取三个点准确测得样条的厚度，取其平均值作为最终代入计算的数值。在夹持样条时为了保证结果的平行性，要求样条上面有数字的一面正对着操作者，样条的切口端朝下。在样条的同一位置画好标线以保证每个样条的夹持位置是一致的。将样条放到夹具中时，要保证使样条的长轴线与试验机轴线在同一条直线上。从试验结果中发现在拉伸速度为2 mm/min和5 mm/min时，样品未被拉断，而且结果差距很大，故将这两个速度下的实验结果舍去，不参与讨论。 3.实验结果与讨论

速度对拉伸屈服应力的影响

不同实验速度下的拉伸屈服应力见表1。

每种实验速度下测试了15个样品，将实验结果相差比较大的舍弃，最终选取重复性很好的10个结果进行讨论，上述条件下的结果的标准偏差(RSD)分别为：，和，均小于5%，所以实验结果是可取的。综上所述，随着拉伸速度的增加，样品的拉伸屈服应力是逐渐增加的。对于GB/T1040-2006中的Ⅰ型试样来说，最佳的拉伸速度是50 mm/min。

状态调节对拉伸屈服应力的影响

未进行状态调节和进行状态调节的样品的拉伸屈服应力见表2。

根据GB/T2918-1998规定，将样品放在23℃，相对湿度为50%RH的恒温恒湿箱内状态调节48小时。实验速度为20 mm/min和50 mm/min。每种测试条件下均测试了10个样品，将实验结果相差比较大的舍弃，最终选取重复性很好的5个结果进行讨论，上述条件下的结果的标准偏差(RSD)分别为：，，和，均小于5%，所以实验结果是可信的。从实验结果可以看出，状态调节后的样品的拉伸屈服应力明显的比为进行状态调节的样品的拉伸屈服应力要大。

4.结论

相同条件下，拉伸速度越大，样品的拉伸屈服应力越大。对于GB/T1040-2006中的Ⅰ型试样来说，最佳的拉伸速度是50 mm/min。样品经过状态调节后其拉伸屈服应力增大。

对于本公司生产的聚丙烯树脂的拉伸性能测试，要求拉伸实验的样条应该在注塑成型后进行状态调节48小时后再进行测试，测试的最佳速度为50 mm/min。

参考文献

[1] 周祥兴，郁文娟，张惠曦等.实用塑料包装制品手册.中国工业出版社，2000.

[2] 张怀志，阎功臣，景丽荣等.影响塑料拉伸试验结果的因素.工程塑料应用，2005年，第33卷，第10期.

[3] 王超先，蔡春飞.塑料拉伸屈服应力不确定度的评定.理化检验-物理分册，2004，7(40)：341-343.

[4] 陆文华.影响拉伸试验结果的主要因素，广东交通职业技术学院学报，2004年12月第4期.

[5] 国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布.GB/T1040-2006塑料 拉伸性能的测定[M].北京：中国标准出版社，2007.

[6] 国家质量技术监督局发布.GB/T2918-1998塑料试样状态调节和试验的标准环境[M].北京：中国标准出版社，1998.

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校企联合培养模式(又称之为校企合作、工学结合、产学结合等)是指高校与企业联合各自优势资源，采取课堂教学与企业实践相结合的方式，共同培养适应不同需求、素质全面高素质人才的开放式教育模式。校企联合培养的思想最早诞生于美国（19世纪前半叶），20世纪中叶开始在欧美等发达国家盛行，发展至今，校企联合培养模式主要有美国的合作教育、英国的“三明治”教育、日本的‘‘产学合作”模式、德国的“双元制”模式、澳大利亚的“TAFE”模式以及法国的“学徒培训中心”培养模式和新加坡的“教学工厂”音养模式。

校企联合培养依托行业发展，以培养应用能力为主线，通过构建适应现代经济发展、以市场为导向的“零距离”实践教学体系、与市场“零距离”接轨的教材体系和基于就业需求的“零距离”素质拓展培养体系，培养接地气的高素质行业人才。问世以来，不仅对各国经济发展起了积极的促进作用，而且大大提升了学生就业的适应性。通过借鉴国外成功模式，我国高校与企业积极探索和发展了多种校企联合培养模式，例如：大学科技园、校办企业、国家产学研工程、“产学研”联合培养基地和校企联合培养基地等，联合培养本科人才、工程硕士、硕士研究生和博士生。

在湖南省教育厅的支持下，国防科学技术大学航天科学与工程学院(简称国防科大)与株洲时代新材料科技股份有限公司（简称时代新材)合作建立了湖南省复合材料研究生培养创新基地，探索联合培养材料科学与工程领域全日制硕士和博士研究生(课程学习在高校，课题研究在企业）、合办工程硕士研究生班、合作培养博士后研究人员的模式和方法。笔者正是该创新基地培养的博士研究生，现作为教员，对校企联合培养博士研究生的探索和实践，有些微体会。

一、产学研深度融合是校企联合培养共赢的基础

校企联合培养追求“高校一企业一学生”共赢的目标。理论上，共赢目标的愿景无限美好，但实际上国内外不断实践和探索的结果却不尽如人意，原因在于、共赢”必须以产学研深度融合为基础。深度融合，则“共赢”枝繁叶茂;不然，则空空如也。

根据邢素丽等人的论述，产学研深度融合应包括:

（1)需融学科和产业、学问和技术、基础研究与工程应用内涵于一体；

（2)需融高校科研、企业课题、国家和省课题内涵于一体;

（3)需融高校学科优势、企业需求内涵于一体;

（4)需融新技术、新需求、新理论、新应用内涵于一体。在产学研深度融合的基础上，以研究生培养创新基地为平台，发挥校企各自优势，促进不同领域、不同范畴、不同层次等之间的融合，为研究生营造创新环境、激活创新动力、提升创新水平、增强创新能力。

国防科大与时代新材料，以共同研发兆瓦级复合材料叶片为契机，深度合作，联合培养博士研究生，实现共赢。兆瓦级复合材料叶片研发需要解决四大关键技术:气动布局、结构、制备和全尺寸测试。气动布局直接关系叶片捕捉风能的效率和风能的利用率;合理的结构设计是确保叶片安全运行20年的保证;叶片效能的最终实现，关键在于如何制备出质量稳定的兆瓦级复合材料风电叶片，难点包括模具设计与制备、工艺设计与实现、制备控制与效率等，稍有不慎，整个叶片制备失败或质量差下，动辄就是百万级别的经济损失；制备完成后，在国际认证机构(例如船级社）的监视下，完成全尺寸静力测试和疲劳测试考核，才能获得市场准人资格。

国防科大充分利用自己气动设计、结构设计、大尺寸复合材料整体成型制备和大型构件全尺寸测试等方面的学科优势，结合时代新材资金、场地和人力，共同研发了、低风速型、超长型、海上超大型等多款兆瓦级复合材料风电叶片并实现产业化，目前相关产品巳在国内外50多个风场装机运行，为国家新能源战略计划做出了重大贡献。该项目校企联合培养的博士研究生(笔者)全程参与了兆瓦级复合材料风电叶片气动设计、结构设计、成型制备和全尺寸测试的.所有工作，涉及空气动力学、结构力学、复合材料力学、流体力学、复合材料学、流变学、热力学、化学等多学科知识，理论知识在工程实践中得到了很好的应用，同时以超大型碳纤维复合材料风电叶片为研究背景，针对结构设计和成型制备过程中的物理、化学变化机制，发表10余篇(其中SCI源刊8篇，EI源刊6篇），申请国家发明10余项，获湖南省科技进步一等奖1项，顺利完成博士毕业论文研究，相关研究成果支撑了2项科技鉴定成果。高校一企业一学生三方共赢，其根本原因就是校企合一，深度融合！

校企联合培养博士研究生通常是两段式，即课程学习阶段在高校进行，完成基础理论课程学习；学位论文培养阶段在企业进行，参与企业科研项目，完成学位论文。学位论文阶段，如果没有产学研深度融合，博士生难以顺利完成学位论文研究。困难主要是人、财、物三方面的保障问题，此问题对于材料科学与工程专业尤为突出。博士生在企业进行课题研究，往往是单枪匹马，企业的性质决定了难以给博士生配备助手，而很多论文的实验研究是必须有帮手才能完成。比如，我们采用光学测试系统监测大型风电叶片极限载荷下的变形，需要十几个助手才能完成，在企业往往一个助手都没有，如果不是深度合作，此类实验就无法完成。此外，材料学科开展研究通常需要购买大量的原材料，购买原材料的资金谁出，如果没有明确，学生就不知所然，如果高校出，学生只能通过高校购买平台进行购买，来回奔波，疲于奔命，浪费大量的精力和时间;假设企业出资，如果需要层层审批和控制，以学生一己之力，难以协调。因此，校企联合培养，深度合作，解决博士生资金和资金使用问题，是保证其论文课题顺利开展的前提。

二、双导师制是校企联合培养成功的保障

校企联合培养，采取双导师制培养方式，即由校方导师与企方导师组成导师组共同指导研究生。校方导师为主导师，企方导师为副导师。校企联合培养课题论文阶段在企业完成，这种双导师制，很好地解决了导师随时指导、监督和协调的难题，可以确保校企联合培养研究生(包括硕士生和博士生)顺利完成论文研究。

开展综合性基础医学实验 提高中医药专业研究生专业学位研究生“政产学研”合作培养模式的创浅议发挥开放性实验室在医学研究生实验教学中浅谈研究生科技论文英语写作能力培养的方法浅谈打造自主探究式研究生思想政治教育工程试论我国公共管理硕士研究生教育质量研究研究生统计学专业英语课程教学实践与思考探析研究生文献阅读研讨课教学评价体系浅谈以发展的视角看研究生教材出版研究生英文文献导读课程教学探析

题目及培养人才的需要，负责研究生培养计划的制定、学术指导、论文审阅与组织论文答辩等工作。校企双方导师及时交流，共同解决在创新基地研究生的科研和生活中出现的问题。学生每月按时向校企双方导师汇报工作学习情况，双方导师填写《指导情况记录表》，及时指导学生。这样，既保证了研究生培养要求，又充分发挥企业优势，加强科研实际训练，提高研究生的理论与实践能力。

以亲身经历而言，两导师的分工，笔者有不同的看法。企方导师的精力首先是以企业为主，负责企业的各种任务，目前令人尴尬的情况是:企方导师根本无暇顾及指导，更别谈负责工作安排、现场学术指导和学位论文的初审。因此，笔者认为，校方导师不仅要负责研究生培养计划的制定、学术指导、论文审阅与组织论文答辩等工作，还要负责工作安排。这肯定有人会问，如果这样是不是就不需要企方导师了？答案是当然需要，而且非常必要，只是角色定位应该是负责人、财、物的协调，保证学生论文的顺利开展。人、财、物的协调对于学生开展论文工作至关重要，而且对于企方导师来说，往往易如反掌。研究生，特别是博士研究生，通常都具有高度的自觉性，每周或每月定期向校方导师汇报论文进展情况，完全可以做到积极主动，这样校方导师综合研究的学术和应用价值，与学生一起讨论制定研究方案、工作安排也是水到渠成的事，而且高效可行。

双导师制是一种很好的校企联合培养模式，但必须结合实际情况，合理分工，才能保障校企联合培养的成功，否则，就是纸上谈兵，空谈误人。

三、完备的创新平台是校企联合培养可行的前提条件

有了产学研深度融合的基础、双导师制度的保障，校企联合培养博士研究生是否可行，还取决于一个重要条件一一完备的创新平台。

国防科大与时代新材校企联合培养博士研究生，之所以行之有效，一个重要的前提条件就是时代新材拥有一个新材料检测中心，该中心具有材料科学与工程专业实验研究所需的多数检测设备和系统，即便是需要搭建平台，该中心也能快速完成。笔者博士论文涉及的实验和检测，几乎都是在该中心完成。假设时代新材没有该检测中心，即使是简单的力学性能测试都需要在高校完成，那么学生必然疲于奔波，留给论文研究和项目开发的时间还会剩多少？因此，一个开展论文课题研究所需的创新平台，对于校企联合培养博士研究生，实在是太必要了！如果没有，笔者建议不要轻易提校企联合培养，高校和导师要慎之又慎，以免误人子弟！

四、结语

综上所述，校企联合培养博士研究生只有建立在产学研深度融合的基础之上，结合实际情况，通过双导师制给予保障，企业拥有开展论文课题研究的创新平台，才能实现高校一企业一研究生的共赢。