工程材料標準和測試-王瑞鋒

1、中國質(zhì)量認證中心塑料的標準和測試2022-3-32要講述的主題u國際標準化組織和標準代號u塑料行業(yè)主要涉及到的標準u塑料的力學性能u塑料的熱學性能u塑料的電學性能u塑料的光學性能u塑料的顏色表征u塑料的燃燒性能u塑料的流變性能u塑料的耐侯性能2022-3-33主題深度u介紹基本情況u實驗的定義、意義u標準的差別u經(jīng)常遇到的問題2022-3-34國際化標準組織和標準代號 返回uISO 國際標準化組織uIEC 國際電工委員會 電工標準、電氣、電子工程uUL 美國保險業(yè)試驗所 安全標準（電氣、防盜、事故、防火、船舶工業(yè)）uITU 國際電信聯(lián)盟四大國際性組織非政府2022-3-35塑料行業(yè)主要涉及到的

2、標準 返回uASTM 美國材料與試驗協(xié)會 1902年成立 材料性能和試驗 是國際標準的主要來源uDIN 德國標準化學會 EN（歐洲標準化委員會）的主體 uANSI 美國國家標準學會 1982年成立uBSI 英國標準學會uGB 中國國家標準學會 GB/T推薦標準uJIS 日本工業(yè)標準調(diào)查會uVW 德國大眾公司標準uGME 通用汽車標準 uES 日本三菱區(qū)域性組織非政府政府企業(yè)2022-3-36其他常見的和塑料有關(guān)的國外組織代號代號含義負責機構(gòu)API美國石油學會標準美國石油學會（API）ASME美國機械工程師協(xié)會標準美國機械工程師協(xié)會（ASME）BS英國國家標準英國標準學會（BSI）DIN德國國家

3、標準德國標準化學會（DIN）NF法國國家標準法國標準化協(xié)會(AFNOR)SAE美國機動車工程師協(xié)會標準美國機動車工程師協(xié)會（SAE）VDE德國電氣工程師協(xié)會標準德國電氣工程師協(xié)會標準（VDE）2022-3-37在我國塑料常用的標準2022-3-38我國和塑料有關(guān)的標準代號行業(yè)標準名稱行業(yè)標準代號主管部門林業(yè)LY國家林業(yè)局輕工QB國家輕工業(yè)局紡織FZ國家紡織工業(yè)局石油天然氣ST國家石油和化學工業(yè)局化工HG國家石油和化學工業(yè)局石油化工SH國家石油和化學工業(yè)局建材JC國家建筑材料工業(yè)局地質(zhì)礦產(chǎn)DZ國土資源部汽車QC國家機械工業(yè)局民用航空MH中國民航管理總局兵工民品WJ國防科工委船舶CB國防科工委航空

4、HB國防科工委航天QJ國防科工委鐵路運輸TB鐵道部交通JT交通部電子SJ信息產(chǎn)業(yè)部物資管理WB國家國內(nèi)貿(mào)易局衛(wèi)生WS衛(wèi)生部包裝BB中國包裝工業(yè)總公司2022-3-39塑料的力學性能 返回u力學性能的測試表征 應力值應變值應變速率時間溫度應力形式2022-3-310塑料的力學性能 返回u剛性和柔性 基礎(chǔ)實驗：拉伸試驗、壓縮試驗、剪切試驗 復合實驗：彎曲試驗、蠕變、疲勞、應力松弛等u彈性 比例極限 硬度u韌性和脆性（缺口敏感性） 沖擊實驗（簡支梁、懸臂梁、拉伸沖擊/落重沖擊/高速沖擊） J積分實驗 高速拉伸實驗2022-3-311剛性的表征u完整的剛性表征應是材料在不同方向上拉伸模量和剪切模量組成

5、矩陣的模uC11也叫拉伸楊氏模量，使用的最多u同一材料因為應力-應變模式一致，因此可用強度來部分代替模量表征剛性u塑料的拉彎實驗數(shù)據(jù)不能直接用于工程設計。 1）粘彈態(tài)的存在是根本原因 2）形狀因子A0的介入66442211CCCCG 2022-3-312塑料的剛性試驗 返回標準IS0DINGBASTM拉伸試驗104mm啞鈴型12.73.2mm啞鈴型彎曲試驗80104mm101.612.73.2mm壓縮試驗細長比10，高30mm301510mm24.512.712.7mm幾種標準的試樣區(qū)別2022-3-313塑料的力學性能拉伸試驗 返回 比例極限2022-3-314拉伸試驗的典型圖譜u彈性段非常

6、小u屈服強度和斷裂強度的選取u超軔材料的伸長率試驗現(xiàn)有標準無法滿足（新型拉伸樣條）2022-3-315拉伸實驗中常見的錯誤2022-3-316彎曲應力是使用中最常見的應力模式u彎曲應力是拉伸和壓縮的復合應力u彎曲實驗有三點彎曲和四點彎曲之分u彎曲實驗中的饒度應根據(jù)樣條實際尺寸選取2022-3-317彎曲強度和拉伸強度的關(guān)系2022-3-318彎曲模量GB/T9341-2000 塑料彎曲性能試驗方法u彎曲應力u彎曲應變u給定彎曲應變0.0005和0.0025，求取相應彎曲應力u對應饒度s為0.085mm和0.427mm，分辨率為0.005mm的儀器，理論誤差就高達2%，所以標準規(guī)定模量要取3位有

7、效數(shù)字。22/3bhFLf2/6LhsfFEf300500/2022-3-319彎曲模量測試中存在的問題u許多拉力機軟件中模量的計算是和國標要求不同的。 1）力值有效范圍， 標準的隱含要求最小力值能達到0.1N 2）取樣點 雙點取樣 3）取樣頻率 3.11注3：能借助計算機用兩個不同的應力/應變點測量 模量，即把這兩點間的曲線經(jīng)線形回歸后來表 示 最小取樣頻率需要400Hz2022-3-320兩個彎曲的測試標準區(qū)別uGB/T9341-2000塑料彎曲性能試驗方法（等同采用IS0178-1993），適用于熱塑性模塑和擠塑材料，熱固性模塑材料，纖維增強熱固性和熱塑性復合材料與熱致液晶聚合物，不適合

8、硬制微孔材料和含有微孔材料得夾層結(jié)構(gòu)材料；uGB1449-1983玻璃纖維增強塑料彎曲性能試驗方法適用于玻璃纖維織物增強塑料板材和短切玻璃纖維增強塑料 適用范圍2022-3-321兩個彎曲的測試標準區(qū)別試驗參數(shù)GB/T9341GB1449樣條尺寸長l=802mml120mm寬b=10.00.2mmb=150.5mm高h=4.00.2mmh=60.2mm壓頭尺寸上壓頭R1=5.00.1mmR1=5.00.1mm下壓頭R2=2.00.2mm（試樣厚度h3mm）R2=5.00.2mm（試樣厚度h3mm）R2=0.50.2mm（試樣厚度h3mm）R2=2.00.2mm（試樣厚度h3mm）試驗速率v=2

9、mm/minv=10mm/min（彎曲強度）v=2mm/min（彎曲模量）2022-3-322彎曲強度中剪應力的修正u饒度很大時，支座的反作用力有水平分力，對結(jié)果有影響，應采用下面的公式進行修正。u標準中默認的誤差是3.5%2222341bhFLLs）（2022-3-323關(guān)于試驗速率u彎曲性能的試驗速度主要取決于試樣測試時的受力點處外部纖維的應變速率Sr。GB/T9341中要求應變速率Sr應盡可能接近1%/min，u速度允差為20%（v10mm/min）和10%（v10mm/min），應是有樣條時的情況SrhLv62ASTMISO2022-3-324關(guān)于拉力機的選型問題u最大力值：拉、彎：2

10、0000N 壓縮：50000Nu最小力值：0.1Nu引伸計：0.05mmu測力精度：0.01Nu饒度精度： 0.005mmu速度精度： 0.1mm/minu取樣頻率：400Hz2022-3-325塑料的彈性試驗 返回u回彈硬度 洛氏硬度（Rockwell）：不同試驗力作用下的壓入深度 差。 邵氏回彈硬度u壓痕硬度 球壓痕硬度/布氏（Brinell）硬度：標準試驗力作用下 單位壓痕 面積承受的壓力 MPa 邵/肖氏硬度（Shore）：規(guī)定時間時針壓深度（無單位） 維氏（viekers）硬度等u針劃硬度 莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度2022-3-326塑料的彈性試驗 返回幾種

11、標準的試樣區(qū)別標準IS0GBDINASTM球壓痕硬度厚度=4mm洛氏硬度厚度6mm厚度6.35mm邵氏硬度厚度6mm厚度5mm厚度6mm2022-3-327洛氏硬度u初始實驗力的加載是為了消除表面不平整對試驗結(jié)果的影響u試樣的平整度對測試結(jié)果有很大影響，標準中無要求。u不能忽視邊緣效應。u重疊試樣會使數(shù)據(jù)的變異系數(shù)增加。2022-3-328邵氏硬度u邵氏硬度和材料的耐劃傷性能相關(guān)。u邵氏A：軟塑料 PE、POE、PU、PVC 邵氏D：較硬的塑料 PP、ABSu如果試驗表征不是彈性而是耐劃傷性質(zhì)的情況下，硬塑料測試邵氏硬度也是有意義的。uA硬度壓針長度2.50mm，針頭1.25mm，面積1.23

12、mm22022-3-329雷諾-標致耐劃傷實驗 PSA D4217552022-3-330塑料的韌性試驗u和剛性試驗相比，韌性試驗的主要區(qū)別在于應變速率的不同 。u不同的沖擊試驗方式，主要的區(qū)別是實現(xiàn)沖擊的方式、試樣的受力模式和試樣獲取的初始能量之間的差異。u沖擊模式中，近代逐漸引入單軸和多軸的區(qū)別，多軸沖擊更能表征材料的實際受力情況。u塑料的沖擊試驗是最繁雜的，現(xiàn)在已有的沖擊試驗標準高達500個。2022-3-331塑料的韌性試驗 返回u沖擊強度：單位面積上吸收的能量W=W變形能 +W斷裂引發(fā)能 +W斷裂擴展能 +W試樣飛出功 +W試驗能耗韌性缺口敏感性延性2022-3-332塑料的力學性能

13、 返回幾種標準的試樣區(qū)別標準IS0DINGBASTM簡支梁80104mm7515/103mm33/4510/153mm缺口：V、U1201510mm5064mm缺口：U無缺口：沖擊韌性有缺口：沖擊強度80104mm5064mm1201510mm1251313mm缺口：U、V12712.73.2mm12712.76.4mm缺口：V懸臂梁80104mm63.512.712.7mm63.512.76.4mm63.512.73.2mm缺口：V80104mm63.512.712.7mm63.512.76.4mm63.512.73.2mm缺口：V無缺口25.412.71.6mm缺口12712.73.2mm

14、12712.76.4mm缺口：V2022-3-333沖擊試驗中常遇到的問題返回u 沖擊的區(qū)別不同試驗數(shù)據(jù)沒有明顯關(guān)系 簡支梁彎曲應力 懸臂量剪切應力 拉伸沖擊拉伸應力uJ/m和KJ/m2的區(qū)別 J/m除以以毫米為單位的寬度數(shù)據(jù)為KJ/m2u缺口和無缺口的區(qū)別 缺口試驗中，試樣的W變形能約為零。u對脆性材料測量簡支梁無缺口沖擊是失效的。u沖擊測試中NB要求應指出測試條件。2022-3-334沖擊試驗中常遇到的問題u沖擊錘的自然位置調(diào)整常常被忽略u沖擊試驗中預仰角的校準是非常關(guān)鍵的。u簡支梁沖擊試驗中的跨厚比70/4=17.52022-3-335彎曲試驗和間支梁沖擊試驗2022-3-336J積分試

15、驗u可以精確表征W斷裂引發(fā)能的情況。u采用三點彎曲試驗，在預制缺 口的情況下，加以不同的負荷， 求取應力-應變曲線的面積表征能量。u J積分定義：一組名義上相同(即外形相同,只有裂紋長度不 同)的試樣,單調(diào)地加載相同位移時,所需要的形變變化率： 式中:B為試樣厚度,mm;a為裂紋長度,mm。aUBJ12022-3-337幾種實驗的應變速率比較u拉伸/彎曲 2mm/min=0.00003m/su高速拉伸試驗500mm/min=0.008m/su簡支梁： 2.9m/s（沖擊能量4J） 3.8m/s（沖擊能量4J）u懸臂梁： 3.5m/su落重法：0.5m 3.13m/s 1m 4.42m/s 2m

16、 6.26m/s 2022-3-338塑料的熱性能 返回u高溫熱性能 短期：熱變形溫度、維卡、扭擺 長期：長期耐熱、UL溫度指數(shù)、高溫蠕變u低溫熱性能 沖擊脆化溫度u導熱性和熱膨脹性u尺寸穩(wěn)定性2022-3-339塑料的熱性能 返回標準IS0GBDINASTM熱變形80：10：4mm120：10：15mm110：3.0-4.2：9.8-15mm127：3.2-12.7：12.7mm維卡厚度36mm厚度36.4mm厚度=3.05mm幾種標準的試樣區(qū)別2022-3-340熱變形溫度u熱變形溫度：高溫失去剛性的可能。 1.80/0.45/8.00：沒有區(qū)別，主要看材料應用時受力的大小。 K=T1.8

17、/T0.45 可以看作是材料失去剛性的量度。u測試前樣條一定要進行熱處理去除內(nèi)應力，否則數(shù)據(jù)不實。u可以和彎曲試驗進行類比，可以看出溫度-負荷的等同效應。u熱變形溫度測試中的跨厚比 GB 6.7 IS0 6 ASTM 7.82022-3-341熱變形溫度u熱變形溫度的饒度（變形量）是按按照不同高度的試樣在試驗中達到相同的彎曲彈性模量時的換算值。 GB 0.45MPa E=232MPa 1.81MPa E=933MPahsLsFbhLE642332022-3-342維卡軟化點u維卡軟化點：表征材料熱軟化品質(zhì)。u維卡實驗和邵氏硬度實驗有可比性。u對于結(jié)晶性塑料，維卡軟化點和材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度相關(guān)

18、。u負荷 5kg 4.90MPa 1Kg 0.98MPa2022-3-343UL溫度指數(shù)（RTI）u RTI值：表征聚合物長期處于高溫下材料保持其特性的指標，是材料熱壽命的量度。（UL746B）u聚合物在規(guī)定溫度下老化后性能下降50% uRTI值分機械性能和電性能兩種表達方式。u RTI值可以較為準確地把握材料在高溫下的的長期使用能力。2022-3-344塑料的電學性能 返回u介電強度：絕緣性的表征。（擊穿電壓/厚度） IS0等：10020.1mm ASTM：1001.6mmu介電常數(shù)：材料的儲電能力 電容器：越高越好； 絕緣體：越低越好 2022-3-345塑料的電學性能u介電損耗因子： 電

19、損耗的量度u表面電阻率：阻止絕緣體延表面泄露電流的能力 取決于式樣的清潔度 1004mm 單位：u體積電阻率：阻止絕緣體延縱向泄露電流的能力 100mm 單位：cm2022-3-346塑料的電學性能u耐電弧性：抵抗高壓電弧的能力。 10024mmHAI 高電流弧的發(fā)火性HVTR 高電壓電弧起痕速度 D495 ASTM- D495高電壓低電流電弧起痕速度 2022-3-347漏電起痕指數(shù)uCTI相比耐漏電起痕指數(shù) 是Comparative tracking index的縮略語，是表示耐漏電性的指標。在對絕緣物表面施加電壓的狀態(tài)下，使電解液滴落于電極間的成型品表面，評價到何電壓為止不發(fā)生漏電破壞。

20、按照耐壓值從0到5進行分級。數(shù)字越小，耐漏電性越高。uPTI保證耐漏電起痕指數(shù) Proof tracking index的縮略語。試驗方法本身與CTI相同。目前，對每一個耐壓值從0到5進行分級。uPTI與CTI的不同之處在于： CTI改變施加的電壓，求得材料的最大耐壓值，從而決定起痕指數(shù)。而PTI所試驗的電壓是一個點，只表示該點是否能耐受住電壓。換言之，假設PTI為150V，則說明該材料的漏電起痕性能耐受到150V，而且實際中可能比該值還高。另一方面，由于CTI求的是最大耐壓值，不會具有大于標注值的實力。 2022-3-348塑料的光學性能 返回u折光指數(shù)：=SIN（入射角）/SIN（折射角）

21、 阿貝折光儀 透明塑料PC、PET、PPu透光率：=光通量（透射光）/光通量（入射光） 分光光度計，表征材料阻礙光線穿透的性能u霧度：透射光因散射而偏離入射光方向的透光百分比。u折光指數(shù)、透光率和材料的結(jié)晶度相關(guān)；霧度和材料的表面缺陷、密度變化、雜質(zhì)有關(guān)。透光率和霧度沒有明顯關(guān)系。u光彈性：在不同應力下材料發(fā)生雙折射現(xiàn)象。u鏡面光澤度：鏡面方向的反射率 2022-3-349塑料的顏色表征 返回u三刺激值：任何顏色都能分解成標準紅（650nm）、標準綠（550nm）和標準藍（450nm）三原色的組合。u白度：不透明近白色材料顏色接近純白的程度，常用藍光白度u黃色指數(shù)：透明、半透明或近白色的塑料在

22、C光源下偏 離白 色的程度。黃色指數(shù)的背板問題yzxyI06. 128. 1100zw847.02022-3-350塑料的顏色表征 返回uA光源：白熾光，標準照明體，色 溫2854KuB光源：接近太陽直射的燈光，近 乎正午的日光。 色溫4870KuC光源：接近晴天斜射的白晝光， 相當於晴天 時的平均晝光 或陰天日光，色溫 6740KuD光源：自然白晝光 D65：色溫6500K的CIE白晝光（涂料、塑料、紡織） D50：色溫5000K的CIE白晝光（印刷、計算機工業(yè)）uF光源：標準冷白照明體、暖白照明體等。 F2：冷白熒光 F7、F8：白晝光熒光 F11：窄帶熒光2022-3-351塑料的顏色表

23、征 返回u表征一個顏色需要三個數(shù)據(jù) 色調(diào)：紅、綠、藍色或組合色之一 明度：從黑色到白色的一系列灰色之一 彩度：顏色偏離相同灰色的程度u色空間是不均勻的，但測色空間是均勻的，因此，用色差來表征顏色偏離的程度和目視判斷之間沒有相關(guān)性。u對于中性色（黑、白、灰），推薦用LAB色差，對于彩色，推薦用LCH色差。2022-3-352塑料的顏色表征 返回HCL2*2*2*)()()(abababHCLE2022-3-353塑料的顏色表征 返回飽和度=彩度/明度2022-3-354塑料的顏色表征 返回CIELAB均勻色空間2*2*2*)()()(baLEab2022-3-355塑料的燃燒性能u著火的三大要素

24、：氧氣、火源和環(huán)境溫度u火災損失預防的過程點火過程火焰?zhèn)鞑ミ^程延表面?zhèn)鞑ケ旧淼娜紵俣冗^程放熱滴落引燃煙霧生成2022-3-356塑料的燃燒性能 返回u點燃性能：耐灼燒實驗：高溫灼燒 點燃溫度試驗：自燃的最低溫度 氧指數(shù)：室溫點燃材料的最小氧濃度u火焰?zhèn)鞑バ阅埽罕砻嫒紵囼?輻射面版 煙道試驗u火焰持續(xù)性能：UL-94 注重燃燒時間（速度）、滴 落性u煙霧生成性能：煙密度2022-3-357UL94燃燒試驗u分為水平燃燒、垂直燃燒和5V燃燒三種方式2022-3-358UL94試驗選擇改 用 水 平 法是 否 蔓 延到 夾 具是 否 點 燃 脫脂 棉5個 試 樣 的 有 煙 燃 燒時 間 是 否

25、 都 在 同 一 判定 區(qū) 間 內(nèi)t1+ t210t2+ t330FV -0t1+ t230t2+ t360FV -1t1+ t230t2+ t360FV -25個 試 樣 的 有 焰燃 燒 時 間 總 和（ t1+t2） 50FV -0（ t1+t2） 250FV -1（ t1+t2） 250FV -2FV -2是否是否否是是2022-3-359塑料的氧指數(shù)實驗u氧指數(shù)實驗可以識別UL94V0材料的區(qū)別u氧指數(shù)實驗數(shù)據(jù)和垂直燃燒實驗數(shù)據(jù)有一定的相關(guān)性。u基本上，材料的常溫氧指數(shù)和阻燃劑含量的平方根成正比。樣條尺寸：80104mm2022-3-360UL的其他燃燒試驗uHAI 高電流弧的發(fā)火性 使高電流電弧在試片旁邊飛過。根據(jù)到燃燒為止所需要的飛過次數(shù)，將材料難燃性分級。級別數(shù)字越小，材料越難以燃燒。 uHWI 熱金屬絲的發(fā)火性 是Hot wire ignition的縮略語。將鎳絲纏繞在試片上，使規(guī)定電流從中通過。按照到開始燃燒的時間，將材料難燃性分級。到開始燃燒的時間12分鐘者為1級。到開始燃燒的時間715秒鐘者為4級。級別的數(shù)字越大，材料越容易燃燒。uGWIT 灼熱絲發(fā)火溫度 是Glow w