聚合物材料跟挤出成型有关的力学性能

1. 拉伸性质

拉伸试验用于测定材料对静态、缓慢施加外力的抵抗能力。聚合物材料测试中采用哑铃形试样。在拉伸测试过程中，仪器可同步记录施加于样品的外力与样品长度，再将外力、长度分别换算为工程应力与工程应变。

工程应力σ=F/A₀

工程应变ε=(l-l₀)/l₀

A₀--样品初始截面积；

l₀--初始有效长度；

l--外力为F时样品的有效长度。

根据工程应力与工程应变的数值，可绘制出应力-应变曲线。

上图为四种典型的应力-应变曲线：

曲线（1）代表脆性塑料，其应力‑应变曲线基本保持线性，直至材料断裂；断裂伸长率仅为百分之几，但断裂强度较高，可达50~60MPa。

曲线（2）代表性能介于脆性与韧性之间的聚合物材料，应力达到极大值（屈服点）后开始下降，并在下降过程中断裂，断裂伸长率约为10%。

​曲线（3）代表韧性半结晶聚合物，其无定形区处于玻璃化温度以上。该类材料杨氏模量（曲线起始段斜率）低于脆性塑料；随应变发展会出现屈服点，屈服点后材料在恒定应力下发生大幅度形变，此过程称为冷拉，该区域为塑性流动区，此区域应力一般为20~40MPa；冷拉之后应力再次上升，该现象称为应变硬化，最终材料发生断裂。

​曲线（4）为弹性体的应力‑应变行为，无屈服点，应力随应变持续上升，直至材料断裂。

通过应力‑应变曲线的测定，可得到材料的五项重要性能：

① 杨氏模量：曲线初始阶段线性部分的斜率；

② 屈服强度：屈服点对应的应力；

③ 抗张强度（断裂强度）：断裂点对应的应力；

④ 断裂伸长率：断裂点对应的应变；

⑤ 断裂韧性：应力-应变曲线下的面积，表达式为A=∫σdε ，单位为J/m³，代表破坏单位体积材料所需的功。

2. 韧性

材料在塑性形变过程中吸收能量的能力，称为韧性。正如前文所述，韧性可通过应力‑应变曲线下的面积衡量，该面积代表单位体积材料发生破坏所需的能量。

尽管二者概念存在区别，冲击强度常被用于表征材料韧性。冲击是指对材料局部突然施加外力；冲击强度是材料受冲击断裂时，单位截面积试样所吸收的能量。冲击强度的高低，取决于材料分散应力的能力：能及时分散应力的材料，韧性更好；无法分散应力的材料，韧性较差。

冲击强度的测试仪器分为简支梁（Charpy式）与悬臂梁（Izod式）两种。为便于材料断裂，需在试样上预先开设缺口；部分延展性较好的材料，即便开设缺口也不会断裂，这类材料无冲击强度。

3. 硬度

硬度是衡量材料表面抵抗机械压力能力的指标。硬度大小与材料的抗张强度、弹性模量相关；且硬度试验属于无损检测、操作简便，因此有时可作为估算材料抗张强度的替代方法。

硬度试验方法种类繁多，按加荷方式可分为动载法与静载法两类：前者采用弹性回跳法、冲击力法将钢球压入试样；后者以特定形状的硬材料作为压头，平稳、缓慢地加荷，将压头压入试样，统称为压入法。根据压头形状、计算方法的差异，又可分为布氏硬度、洛氏硬度、邵氏硬度等。

聚合物的硬度一般采用邵氏硬度计测定。邵氏硬度计带有表盘，指针通过弹簧连接刺针；测试时刺针刺入材料表面，可根据刺入深度从表盘读取硬度值。

不同硬度体系的测试方法不同，所得数据差异较大，这是因为上述硬度均为相对硬度。利用微硬度计可测定绝对硬度，其单位为MPa，数值由压力除以压痕投影面积计算得出；但该类绝对硬度仅在科学界使用，尚未得到工业界的认可。