实验七 高分子材料的压缩强度测定实验
一、实验目的
1.测定高分子材料的压缩性能，确定材料的压缩强度、压缩应变、压缩模量。
2.掌握高聚物的压缩性能实验方法。
二、实验原理
压缩性能实验是最常用的一种力学实验，压缩性能实验是把试样置于实验机的两压板之间，并在沿试样两个端面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向缩短，而径向方向增大，产生压缩变形，直至试样破裂或变形达到一定标准规定为止。本实验是在一定的实验温度、湿度、加力速度下，于试样上沿纵轴方向施加静态压缩载荷，以测定高分子材料的压缩力学性能。
1.压缩应力σ
其计算公式如下.
（7-1）
式中，P为压缩载荷，N；A0为试样的原始横截面积，mm2。
2.压缩形变ΔH
试样在压缩负荷作用下高度的改变量称为压缩形变（图7-1）。
图7-1 压缩形变图
其计算公式如下.
（7-2）
式中，H0为试样原始高度，mm； H为压缩过程中试样任何时刻的高度，mm。
3.压缩应变ε
试样的压缩形变除以试样的原始高度，即单位原始高度的试样变形量，称为压缩应变。
其计算公式如下.
（7-3）
式中，ΔH为试样压缩形变，mm； H0为试样原始高度，mm。
4.压缩模量E
在应力-应变曲线范围内压缩应力与压缩应变的比值称为压缩模量，取应力-应变直线上两点的应力差与应变之比，计算压缩模量。
其计算公式如下：
（7-4）
式中，σ2，σ1为任意两点的压缩应力；ε2，ε1为任意两点的压缩应变；E为试样的压缩模量，N/mm2。
5.影响高分子材料压缩强度的因素
（1）试样的尺寸
压缩实验所用的试样，可以用注塑、模塑或机械加工方法制备。试样的形状可以是正方棱柱、矩形棱柱、圆柱体、圆管形。
在测定高分子材料的压缩强度的实验中，试样的尺寸对其测试结果有很重要的影响。影响压缩强度大小的是试样的细长比（试样的高度与试样横截面的最小回转半径之比），由于试样受压时，其上下端面与压机压板之间产生较大的摩擦力，阻碍试样上下两端面的横向变形，试样高度越小，其影响越大。因此为减少这种摩擦力的影响，试样的高度应适当高些，但又不宜太高，以避免试样在受压过程中，因失稳而出现扭曲。规定一般的试样细长比为10，对易于出现扭曲的韧性材料，其细长比可降低为6。
（2）试样的质量要求
当试样两端面不平行时，实验过程中将不能使试样沿轴线均匀受压，形成局部应力过大，而使试样过早产生裂纹和破坏，压缩强度必将降低。为此本实验所采用的试样的端面各点的高度差不大于0.1mm，表面平整，无气泡、裂纹、分层、伤痕等缺陷，否则将影响试样结果。
（3）实验速度
随着实验速度的增加，压缩强度与压缩应变值均有所增加。实验速度在1～5mm/min之间变化较小；速度在大于10mm/min时变化较大。因此规定压缩实验的同一试样必须在同一实验速度下进行，并且要选用较低的实验速度进行压缩实验。
三、实验设备和材料
1.实验设备：CMT4104型微机控制电子万能试验机，最大试验力为10kN，变形测量范围为0.2%～100%FS，大变形测量范围为10～800mm。游标卡尺。
2.实验材料：标准压缩聚丙烯试样，要求表面平整，无气泡、裂纹、分层、伤痕等缺陷。其尺寸如下。
圆柱体：直径（10±0.2）mm，高（20±0.2）mm。
正方柱体：横截面边长（10±0.2）mm，高（20±0.2）mm。
矩形柱体：截面边长（15±0.2）mm，（10±0.2）mm，高（20±0.2）mm。
四、实验内容与步骤
1.按以下顺序开机：试验机→打印机→计算机。每次开机后，最好要预热10min，待系统稳定后，再进行试验工作。
2.用游标卡尺测量试样的长、宽和高，精确至0.02mm。
3.双击电脑桌面图标“Power test v3.0”，进入试验软件，选择好联机的用户名和密码，选择对应的传感器（本实验为1号传感器）后击 “联机”.
4.准备好压板，调整机器，设定相应的实验参数，静态压缩最大载荷选用10kN的挡位；下压速度选用5mm/min。
5.测试条件的各项参数设定完毕之后，放上已经准备好的标准样品，确定实验所用样品放在两压板之间，使试样的中心线与两压板表面的中心线重合，使压板表面与试样的端面相接触，并确保试样端面与压板表面相平行，作为测试压缩变形的零点；启动下降按钮，实验机压头以5mm/min的速度下移，当压头接触到试样后，计算机开始自动记录试样所受的实际载荷及其产生的位移数据；直至试样断裂为止，停机。
6.处理数据，作压缩载荷-位移曲线图。
7.关闭试验窗口及软件。关机顺序：试验软件→试验机→打印机→计算机.
五、实验报告
1.简述各项指标测试的原理及步骤。
2.按表7-1认真完成原始数据记录。详细记录压缩过程中观察到的现象，结合学到的理论分析现象产生原因（包括试样变形情况、表面和颜色的变化、断裂情况及断面特征等）。
3.作压缩载荷-位移曲线图；计算压缩应力、压缩应变、压缩模量；分析试样的压缩行为。
表7-1 压缩实验记录及数据处理
六、问题与讨论
1.实验过程中哪些因素会影响实验结果.如何避免？
2.从实验结果分析聚丙烯的压缩特性。
参考文献
[1] 李国安.材料力学性能实验指导.武汉：华中科技大学出版社，2002.
[2] 何曼君.高分子物理（修订版）[M].上海：复旦大学出版社，1990.