POLITECHNIKA GDAŃSKA 

 

WYDZIAŁ CHEMICZNY 

 

KATEDRA TECHNOLOGII POLIMERÓW 

 
 

 
 

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 

 

 
 

INŻYNIERIA POLIMERÓW 

 
 

Właściwości tworzyw polimerowych przy rozciąganiu. 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

Streszczenie: 

Celem  ćwiczenia  jest  przeprowadzenie  badań  własności  mechanicznych  tworzyw 

sztucznych,  poddając  je  badaniom  wytrzymałości  na  rozciąganie,  z  wykorzystaniem  maszyn 

wytrzymałościowych Zwick/Roell Z020 oraz FPZ-100 Rauenstein. 

 

Własności wytrzymałościowe 

 

Tworzywa  konstrukcyjne,  charakteryzuje  szereg  własności  fizycznych,  które  określają 

zarówno ich jakość, jak i przydatność eksploatacyjną. W praktyce nie ma możliwości oznaczania 

wszystkich  właściwości  fizycznych  tworzyw,  dlatego  też  wyodrębniono  grupę  własności,  które 

potocznie nazywa się podstawowymi własnościami fizycznymi. 

Do  grupy  tej  zalicza  się  te  własności,  które  są  oznaczane  w  miarę  prostymi  metodami,  a 

jednocześnie  dostarczają  istotnych  informacji  o  badanym  materiale.  Z  tego  punktu  widzenia 

najbardziej  właściwym  przykładem  są  badania  właściwości  tworzyw przy  rozciąganiu,  a ściślej 

mówiąc, własności, jakie obliczyć można z krzywej uzyskanej w próbie rozciągania. 

Ogólna  charakterystyka  badania.  Badanie  tworzyw  przy  rozciąganiu  polega  na 

jednoosiowym odkształcaniu próbki o określonych wymiarach ze stałą prędkością i pomiarze lub 

rejestracji naprężeń w, zależności od odkształcenia. 

 





f



             (I) 

gdzie: ε - odkształcenie, zmienna niezależna; σ - naprężenie zależne od przyłożonego 

odkształcenia. 

Z  otrzymanej  w  ten  sposób  graficznej  zależności  obliczyć  można  nie  tylko  podstawowe 

własności fizyczne tworzyw, 

a)  wytrzymałość na rozciąganie, 

b)  wydłużenie względne przy zerwaniu, 

c)  naprężenie przy określonym wydłużeniu. 

ale uzyskać informacje o innych własnościach fizycznych badanego materiału, jak elastyczność, 

ścieralność, twardość czy stopień usieciowania. 

Przyłożenie  określonej  siły  rozciągającej  F  powoduje  zwiększenie  długości  początkowej 

próbki l

o

 do wartości l

x

. Przyrost długości, czyli wydłużenie bezwzględne równe jest: 

0

l

l

l

x

x







             (II) 

gdzie: l

0

 - początkowa długość próbki, [mm]; l

x

 - długość próbki po rozciągnięciu, [mm]. 

 

Stosunek wydłużenia bezwzględnego do początkowej długości próbki wyraża wydłużenie 

względne ε

x

 

0

0

0

l

l

l

l

l

x

x

x











       (III)      lub         

%

100

0







l

l

x

x



           (IV) 

Rzeczywiste naprężenie podczas rozciągania σ

rn

 jest to stosunek siły rozciągającej do 

rzeczywistej powierzchni przekroju poprzecznego próbki. 

x

rn

A

F





       [N/mm

2

, MPa]          (V) 

gdzie A

x

 oznacza rzeczywistą powierzchnię przekroju poprzecznego próbki w momencie badania 

(zerwania) [mm

2

], F - siła odkształcająca [N]. 

 

Pomiar rzeczywistej powierzeni przekroju poprzecznego próbki w czasie badania jest bardzo 

trudny. Dlatego też dla celów praktycznych wprowadzono umowną definicję naprężenia podczas 

rozciągania, którą wyraża wzór: 

0

A

F





       [N/mm

2

, MPa]           (VI) 

gdzie:  F  -  siła  odkształcająca,  [N];  A

o

  -  powierzchnia  początkowego  przekroju  poprzecznego 

[mm

2

]. 

 

W  każdej  próbie  rozciągania  poza  podstawowymi  zmiennymi  tzn.  naprężeniem  i 

wydłużeniem  występuje  wiele  czynników  wpływających  na  wynik  badania,  które  należy 

uwzględnić  przy  obliczaniu  wyników  lub  eliminować  je  przez  stosowanie  jednakowych 

warunków badania. 

Dotyczy to przede wszystkim: 

a)  sposobu przygotowania próbek, który wspólnie z innymi czynnikami decyduje o liczbie 

różnego rodzaju defektów strukturalnych, które mogą występować w próbkach; 

b)  kształtu i wielkości próbek; 

c)  temperatury i wilgotność względnej otoczenia; 

d)  czasu trwania próby, który reguluje się (dobiera się) przez dobór odpowiedniej szybkości 

odkształcania lub wzrostu naprężenia. 

Najpełniejszą  charakterystyką  zachowania  się  tworzywa  poddanego  rozciąganiu  jest  tzw. 

wykres rozciągania (rys. 1-2), który umożliwia prześledzenie współzależności pomiędzy dwiema 

zmiennymi, tj. pomiędzy odkształceniem i naprężeniem w czasie całego badania. 

 

Rys. 1. Przykładowe wykresy rozciągania                          Rys. 2. Schematyczny wykres rozciągania 

różnych polimerów σ = f(ε) 

 

Na rys. 2. można prześledzić kolejne etapy próby rozciągania i punkty charakterystyczne na 

krzywej  obrazującej  zależność 

)

(





f



.  W  tworzywie  poddanym  rozciąganiu  naprężenia 

wzrastają  początkowo  proporcjonalnie  do  odkształceń,  zgodnie  z  prawem  Hooke'a,  czemu 

odpowiada  początkowy  odcinek prostoliniowy  0-1 na  wykresie.  W  obszarze  tym  naprężenia są 

liniową funkcją odkształceń: 





E



         (VII) 

Współczynnik kierunkowy tej prostej, czyli tangens kąta, pod którym prostoliniowy odcinek 

wykresu  funkcji  nachylony  jest  do  osi  odciętych  ε,  nosi  nazwę  modułu  sprężystości  wzdłużnej. 

Stosunkowo  często  można  jednak  spotkać  się  z  tworzywami,  których  wykresy  rozciągania  nie 

wykazują  w  ogóle  liniowej  zależności  naprężenia  od  rozciągania.  Charakteryzowanie 

właściwości mechanicznych takich tworzyw za pomocą modułu sprężystości jest raczej formalne. 

Największe  naprężenie,  do  którego  tworzywo  poddane  rozciąganiu  zachowuje  się  zgodnie  z 

prawem  Hooke'  a,  nosi  nazwę  granicy  proporcjonalności;  na  rysunku  jest  to  rzędna  punktu  1. 

Przy  dalszym  rozciąganiu  wzrostowi  odkształcenia  towarzyszy  znacznie  powolniejszy  wzrost 

naprężenia.  Wykres  rozciągania  odchyla  się  od  prostej  odpowiadającej  równaniu  (VII).  W  tym 

obszarze odkształceń pojawiają się odkształcenia trwałe (plastyczne), tzn. takie, które nie cofają 

się  po  usunięciu  obciążenia  próbki.  Odkształcenia  trwałe  pojawiają  się  po  przekroczeniu 

pewnego  naprężenia  zwanego  granicą  plastyczności.  W  badaniach  technicznych  operuje  się 

najczęściej  tzw.  umowną  granicą  plastyczności,  czyli  naprężeniem,  które  wywołuje  w  próbce 

pewne umownie ustalone odkształcenie trwałe - najczęściej 0,2% początkowej długości odcinka 

pomiarowego.  Sposób  wyznaczania  tej  wartości  na  podstawie  wykresu  rozciągania 

przedstawiono  na  rys.  2.  Na  osi  odkształceń  odkłada  się  odcinek  odpowiadający  0,2% 

odkształcenia  trwałego  (OA),  a  następnie  prowadzi  prostą  równoległą  do  prostoliniowego 

odcinka  wykresu  rozciągania.  Rzędna  punktu  przecięcia  tej  prostej  z  krzywą  rozciągania  jest 

poszukiwaną  umowną  granicą  plastyczności  σ

2

.  Niekiedy  wyznacza  się  również  wydłużenie 

względne  na  granicy  plastyczności  ε

2

.  Maksymalne  naprężenie  zarejestrowane  w  czasie 

rozciągania σ

3

 jest tzw. doraźną wytrzymałością na rozciąganie. Jest to maksymalne naprężenie 

nominalne,  jakie  tworzywo  może  osiągnąć  w  czasie  krótkotrwałego  rozciągania  statycznego. 

Maksymalne  wydłużenie  względne  zaobserwowane  w  czasie  rozciągania  (na  rysunku  ε

4

)  jest 

zwane  wydłużeniem  względnym  przy  zerwaniu.  Rzędna  tego  punktu,  czyli  naprężenie 

obserwowane w chwili zerwania próbki nosi nazwę naprężenia zrywającego σ

4

. 

Omówiony  wykres  rozciągania  jest  wykresem  schematycznym  (teoretycznym),  w  praktyce 

można spotkać się z znacznymi odstępstwami, które są zależne od rodzaju tworzywa, szybkości 

rozciągania, sposobu formowania wyrobu oraz wielu innych czynników. 

 

Aparatura pomiarowa 

 

Właściwości  mechaniczne  tworzyw  sztucznych  można  mierzyć  m.in.  maszynami 

wytrzymałościowymi  (zrywarkami)  firm  Zwick,  Instron,  Shimadzu.  Obecnie  spotyka  się 

nowoczesną  aparaturę  za  pomocą,  której  można  mierzyć  naprężenie  i  odkształcenie  przy 

dowolnej  prędkości  rozciągania,  a  przebieg  pomiaru  obserwuje  się  na  monitorze  komputera. 

Ćwiczenia przeprowadzone zostaną z wykorzystaniem maszyny wytrzymałościowej Zwick/Roell 

typ Z020 oraz FPZ-100 Rauenstein. 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 3 Maszyna wytrzymałościowa Zwick/Roell 

 

Sposób przygotowania próbek 

 

W  zależności  od  własności  fizykochemicznych  badanego  tworzywa  stosuje  się  trzy  typy 

próbek,  których  kształt  podano  na  rys  2-4,  które  wycina  się  z  płytek  tworzywa  za  pomocą 

odpowiednich wykrojników. Próbki powinny mieć powierzchnię gładką i równą, bez pęcherzy i 

rys,  wżerów  oraz  innych  widocznych  defektów.  Mocuje  się  je  w  szczękach  z  zaciskiem 

mechanicznym  maszyny  wytrzymałościowej.  Próbki  w  kształcie  wiosełek  używa  się  podczas 

rozciągania  materiałów  elatycznych  i  termoplastów.  Paski  wykorzystywane  są  do  zrywania 

tworzyw  termoaktywnych  oraz  układów  napełnianych  materiałami  nieorganicznymi  i 

organicznymi  np.  metalami,  włóknami.  Zastosowanie  próbek  w  kształcie  wiosełek  zapobiega 

przede wszystkim  wyślizgiwania się  ich  ze szczęk oraz zrywaniu próbek  w obrębie szczęki  lub 

przy  szczęce,  poza    odcinkiem  pomiarowym  (jeśli  się  to  zdarzy  pomiar  obarczony  zostaje 

błędem).  

 

 

 

Opis ćwiczenia. 

 

Przedmiotem  ćwiczenia  jest  oznaczenie  własności  wytrzymałościowych  przy  rozciąganiu 

różnych tworzyw –zgodnie z zaleceniami norm: 

PN-ISO 37:1998; PN-EN ISO 527-1-3:1998;

 

PN-EN 

ISO 527-4-5:2000; PN-ISO 37:2007. 

Próbki w kształcie wiosełek  

Próbka w kształcie pasków 

Zasada oznaczania polega na rozciąganiu aż do zniszczenia standardowej próbki do badań w 

kształcie paska  lub wiosełka, zamocowanej w uchwycie maszyny  wytrzymałościowej. Prędkość 

rozciągania  wynosi  300mm/min.  Próbki  przed  pomiarem  należy  zwymiarować  tzn  wyznaczyć 

grubość  i  szerokość  odcinka  pomiarowego  w  celu  obliczenia  powierzchni  przekroju 

poprzecznego A

0

 [mm

2

]. Wyniki badań wytrzymałości na zerwanie zostaną przedstawione przez 

maszynę wytrzymałościową w postaci wykresu zależności naprężenie-odkształcenie σ = f(ε) (dla 

maszyny  wytrzymałościowej  Zwick/Roell  Z020)  lub  w  postaci  wykresu  F=  f(ε)  (dla  maszyny 

wytrzymałościowej  FPZ-100  Rauenstein)  gdzie  F-siła  [N]  ,  σ  –  naprężenie  [MPa],  ε  – 

odkształcenie [mm] lub [%].

 

Sprawozdanie 

Na początku sprawozdania proszę podać tytuł ćwiczenia, nazwiska uczestników grupy oraz 

datę  wykonania  ćwiczenia.  Termin  oddania  sprawozdania  wynosi  7  dni  od  daty  odrobienia 

ćwiczenia.

 

Sprawozdanie powinno zawierać: 

1.  Opracowanie danych eksperymentalnych w postaci krzywej σ = f(ε) lub krzywej F= f(ε)     

dla każdego wykonanego pomiaru, 

2.  Tabelaryczne  przedstawienie  wartości  naprężenia  w  chwili  zerwania  σ

zr.

  wszystkich 

przebadanych próbek oraz wyznaczenia średniej wartości 

zr



 , 

3.  Obliczenie odchylenia standardowego od średniej (S), 





1

2









n

x

x

S

 

gdzie: x – wartość oznaczana dla każdej poszczególnej próbki, 

x  - średnia arytmetyczna oznaczanej wartości  

n – liczba pomiarów 

4.  Wartość naprężenia przy zerwaniu dla danego materiału przedstawić w postaci: 

S

zr





 [MPa] 

5.  Odczytać z wykresu σ = f(ε) wartości naprężenia przy których próbka osiąga 100, 200, 

300 czy 500% wartości wydłużenia (σ

100%

,  σ

200%

,  σ

300%

,  σ

500%

),  dla pomiarów na 

maszynie wytrzymałościowej Zwick/Roell Z020 

6.  Odczytać z wykresu F = f(ε) wartości siły przy której próbka osiąga 100, 200, 300 czy 

500% wartości wydłużenia (E

100%

,  E

200%

,  E

300%

,  E

500%

),  dla pomiarów na maszynie 

wytrzymałościowej FPZ-100 Rauenstein. 

7.  Każda student przed przystąpieniem do laboratorium zobowiązany jest powtórzyć: 

  Podstawowe jednostki (siły, ciśnienia, długości, powierzchni,) np. N, Pa, kG, 

kG/cm

2

, m

2

,dm

2

............... 

  Przedrostki jednostek tzn. decy-, centy-, mili-.........., hekto-, kilo-, mega-,...... 

 

Literatura: 

1.  Broniewski T., Kapko J., Płaczek W., Thomalla J., „Metody Badań i ocena właściwości 

tworzyw sztucznych”, WNT Warszawa, 2000 

2.  Dzierża W., Czerniawski T.,

 „

Właściwości mechaniczne i termiczne polimerów”. Skrypt 

dla studentów chemii, Toruń 2000 

3.  Jaroszyńska D., Gaczyński R., Felczak B., „Metody badań własności fizycznych gumy” 

WNT Warszawa, 1978