老易講塑料第二課：物性概念與測試

塑料的性能與測試易福圣電話二課老易的塑料培訓(xùn)資料比重(密度)塑料的比重是在一定的溫度下,秤量試樣的重量與同體積水的重量之比值,單位為g/cm3,常用液體浮力法作測定方法.價格相同的情況下，比重越小的材料可以制造的產(chǎn)品越多，單個產(chǎn)品的材料成本也就越低，而且可以減少產(chǎn)品的重量，節(jié)省運輸?shù)荣M用。所以，比重是非常重要的屬性。特別是在塑料代替金屬等材料的時候，是特別大的一個優(yōu)勢。硬度的測試定義：材料抵抗其他較硬物體壓入其表面的能力。目的：測量材料的適用性，間接了解材料的磨擦性能、拉伸性能、固化程度等力學(xué)性能常用的硬度測試方法：邵氏硬度、洛氏硬度邵氏硬度根據(jù)ISO7619和GB2411標(biāo)準(zhǔn)，使用的類型有A型和D型兩種，邵A硬度適合軟質(zhì)塑料和橡膠的硬度測試，邵D硬度適合于較硬的塑料和硫化橡膠。ASTMD2240還規(guī)定了其他型號的硬度，但不常用。邵氏硬度的測量范圍在20~90之間，若材料硬度超過邵A90度，應(yīng)改為D型硬度計測量。同樣，若其硬度低于邵D20度，則要改用A型硬度計來測量。表3-1A、D型硬度比較及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：洛氏硬度洛氏硬度是指用規(guī)定的壓頭對試樣先施加初試驗力,接著再施加主試驗力,然后卸除主試驗力,只保持初試驗力,用前后兩次初試驗力作用下壓頭壓入試樣的深度差計算得出的值表示?，F(xiàn)有儀器適用于較硬的塑料和較軟的金屬。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTMD785、ISO2039-2和GB9342規(guī)定，塑料洛氏硬度可用M、L、R、E四種標(biāo)尺表示，但這四種標(biāo)尺之間是不可比和換算的。試驗儀器：塑料洛氏硬計，Webster(HRE)硬度計（鋁型材）表5-2不同標(biāo)尺的試驗力和壓頭直徑

拉伸性能在拉伸性能的測試中，通常的測試項目為拉伸應(yīng)力、拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、拉伸彈性模量。定義：拉伸應(yīng)力：試樣在計量標(biāo)距內(nèi)，單位初始橫載面積上承受的拉伸負荷。拉伸強度：在拉伸試驗中，試樣直到斷裂為止所承受的最大拉伸應(yīng)力。拉伸屈服強度：在拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，屈服點處的拉伸應(yīng)力。斷裂拉伸強度：在拉力作用下，試樣斷裂時，標(biāo)線間距離的增加量與初始標(biāo)距之比，以百分率表示。拉伸彈性模量：在比例極限內(nèi)，材料所受應(yīng)力與產(chǎn)生的相應(yīng)應(yīng)變之比。拉伸強度

拉伸模量拉伸強度是指在規(guī)定的試驗溫度、濕度和拉伸速度下,沿試樣的縱軸方向施加拉伸載荷,測定試樣破壞時的最大載荷.一般用MPa表示，美標(biāo)較多用psi或kg/cm2表示拉伸強度越高，材料的強度越高，可以承受的力越大，例如：拉伸強度越高的材料，打螺絲時螺母柱越不容易拉斷。拉伸模量（EMS的資料翻譯成拉伸E系數(shù)）和彎曲模量的意思類似，都是用來表示材料剛性的一個指標(biāo)。可參照彎曲模量理解應(yīng)力-應(yīng)變曲線。不同高分子材料，由于結(jié)構(gòu)上的不同，表現(xiàn)為應(yīng)力-應(yīng)變曲線也不同，大致上可歸為五類：圖6-7五種類型的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Ⅰ軟而弱拉伸強度低，彈性模量小，伸長率也不大。如凝膠。Ⅱ硬而脆拉伸強度和彈性模量都較大，斷裂伸長率小。如PS。Ⅲ硬而強拉伸強度和彈性模量大，有一定伸長率。如硬聚氯乙。Ⅳ軟而韌斷裂伸長率大，拉伸強度也較高，但彈性模量低。如天然橡膠，順丁橡膠。Ⅴ硬而韌彈性模量、拉伸強度和斷裂伸長率都較大。如尼龍。應(yīng)力應(yīng)變方法原理：拉伸試驗是對試樣沿縱軸方向施加靜態(tài)拉伸負荷，使其破壞。通過測定試樣的屈服力、破壞力和標(biāo)距間的伸長來求得試樣的屈服強度、拉伸強度和伸和長率等。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD638，ASTMD882，ISO527-1~5，GB1040，GB13022。試驗儀器：電子萬能拉力試驗機，附帶適當(dāng)拉伸夾具試樣形狀：通用的試樣有兩種，一種是啞鈴型，一般為模塑料、片材或較厚的制品。另外一種是長條型，一般是薄膜或編織料。

彎曲性能彎曲性能主要用來檢驗材料在經(jīng)受彎曲負荷作用的性能，生產(chǎn)中常用彎曲試驗來評定材料的彎曲強度和塑性變形的大小。定義：撓度：彎曲試驗過程中，試樣跨度中心的頂機或底面偏離原始位置的距離。彎曲強度：在達到規(guī)定撓度值時或之前，負荷達到最大值時的彎曲應(yīng)力。彎曲強度是指試樣在兩個支點上,施加集中載荷,使試樣變形或直至破裂時的強度.彎曲屈服強度：在負荷-撓度曲線上，負荷不再增加，而撓度驟增點的應(yīng)力。5.4壓縮性能壓縮性能主要包括壓縮強度、壓縮彈性模量、規(guī)定應(yīng)變值的壓縮應(yīng)力。定義：壓縮應(yīng)力：指在壓縮過程中的任何時刻，單位試樣的原始橫載面上所承受的壓縮負荷。壓縮變形：指試樣在壓縮負荷作用下高度的改變量。壓縮應(yīng)變：指單位原始高度的試樣變形量。壓縮強度：指壓縮試驗中試樣所承受的最大壓縮應(yīng)力。定應(yīng)變壓縮應(yīng)力：指達到規(guī)定應(yīng)變的壓縮應(yīng)力，即25%應(yīng)變時的壓縮應(yīng)力。壓縮模量：指在應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性范圍內(nèi)壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變的比值。撕裂性能定義：撕裂力Ft：撕裂試樣所需的平均力或最大力。撕裂強度：若已知試樣的厚度為dmm,則撕裂強度為撕裂力和厚度的比值Ft/d。GB和ISO多用F/d作撕裂強度，但ASTMD1004(塑料片材)以F作撕裂強度，ASTMD624(橡膠)則以F/d作撕裂強度沖擊性能沖擊性能試驗是在沖擊負荷作用下測定材料的沖擊強度，用于評價材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性強度。根據(jù)試驗溫度沖擊性能可分為：常溫沖擊低溫沖擊高溫沖擊根據(jù)受力狀態(tài)沖擊性能可分為：懸臂梁沖擊（IZODImpact）簡支梁沖擊（CHARPYImpact）落錘沖擊懸臂梁沖擊沖擊強度：試樣在沖擊負荷作用下，試樣破壞時吸收的沖擊能量和試樣原始橫截面積之比，用KJ/m2表示。ASTMD256中規(guī)定也可以用KJ/m（沖擊能量與厚度之比）表示。反映的是材料本身的抗沖擊性能。分類：有缺口沖擊強度和無缺口沖擊強度兩種。試驗儀器：擺錘式?jīng)_擊儀試驗條件：表5-13懸臂梁沖擊試驗條件

落錘沖擊，落球沖擊，落鏢沖擊落錘沖擊是為塑料制品制定的抗沖擊試驗方法，適合于電線管材、片材、薄膜、機身、外殼等。其表征的能量是kg.m。試驗原理：讓重錘或球從一定高度做自由落體，撞擊到試樣指定部位，檢查試驗后試樣被破壞程度。重錘或球在半徑和重量上都有要求。可根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來選擇。此方法在實際應(yīng)用上很有效，但沒有相應(yīng)有評判標(biāo)準(zhǔn)，驗收標(biāo)準(zhǔn)及試驗條件必須由供需雙方協(xié)商確定一個方法。測試選擇指定某一高度，落錘錘頭直徑，錘重或落球直徑，測試試樣是否破壞。只指定落錘錘頭直徑，錘重或落球直徑，通過梯度法測出剛好達到某一破壞率的高度。磨擦性能磨擦性能主要是材料的磨擦系數(shù)，磨耗性能主要是材料在被磨擦過程中表面的不斷損耗性能。磨擦系數(shù)有靜態(tài)磨擦系數(shù)和動態(tài)磨擦系數(shù)兩種。靜態(tài)磨擦系數(shù)：當(dāng)兩個相互接觸的物體之間具有相對滑動趨勢時，其表面所產(chǎn)生的阻礙其相運動的最大磨擦力與接觸表面上的法向力之比。

=Fmax/

N

動態(tài)磨擦系數(shù)：正壓力與兩物體之間相對滑動趨勢時的磨擦力之比。D

=FD/

N應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD1894，ISO8295，GB1006試驗速度:ASTMD1894150mm/min,ISO8295,GB1006100mm/min磨耗有滾動磨耗、滑動磨耗兩種，通用的是。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTM1044，ISO9352，GB5478，GB3960試驗儀器：滾動磨耗，國際上通常采用TABER磨耗試驗機滑動磨耗，在國內(nèi)采用M-200型磨耗試驗機表5-21美國標(biāo)準(zhǔn)通用砂輪：TABER磨耗試片：?100mm或邊長為100mm的正方形試驗負荷：500g,1000g,2000g（兩輪的負重）磨耗性能

磨耗測試結(jié)果表示平均后的每一定轉(zhuǎn)數(shù)的質(zhì)量損耗平均后的每一定轉(zhuǎn)數(shù)的體積損耗平均后的每一定轉(zhuǎn)數(shù)在單位面積的質(zhì)量損耗6熱學(xué)性能的測試1、熱穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性熱變形溫度維卡軟化溫度負荷變形熱穩(wěn)定時間（PVC）2、流動性熔融流動速率（質(zhì)量，體積）熔點熱學(xué)性能是電氣電子塑料的一個很重要的指標(biāo)。通用測試項目有：3、其他熱傳導(dǎo)率脆化溫度玻璃化轉(zhuǎn)變溫度尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性指塑料制品在使用或存放過程中尺寸穩(wěn)定的性能，一般用尺寸變化率或收縮率來表示。由于高分子材料在加工過程中，，長鏈的分子被拉伸凍結(jié)，當(dāng)分子的活化能提高后，使鏈段有某種程度的卷曲，從而使制品的尺寸發(fā)生變化。薄膜和片材的熱收縮率。試驗儀器：油浴，恒溫烘箱，滑石粉。熱變形溫度（HDT）熱變形溫度：衡量塑料耐熱性能的主要指標(biāo)之一，也是最常見的測試項目之一，但其不是塑料最高使用溫度。定義：有一定尺寸要求的試樣，在規(guī)定的負荷作用下達到規(guī)定的變形量時的溫度。試驗儀器:熱變形維卡儀表6-1不同標(biāo)準(zhǔn)的熱變形溫度測試條件：維卡軟化溫度VST定義:規(guī)定條件下刺頭刺入1mm時的溫度。和熱變形溫度一樣，維卡軟化溫度可做為判斷材料耐熱性能的一個指標(biāo)，但不代表材料的使用溫度。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD1525，ISO306，GB1033表6-2維卡軟化溫度試驗條件：負荷變形負荷變形是熱穩(wěn)定性的一個延伸項目，指在一定溫度下，施加一定的負荷，經(jīng)過一定時間后，測定其在此條件下的變形量。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD621，GB14483熔融流動速率

定義：熱塑性材料在一定的溫度和壓力下，熔體每10分鐘通過標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量或體積，以g/10min或ml/10min表示。用質(zhì)量表示的稱質(zhì)量熔體流動速率（MFR），用體積表示的稱體積熔體流動速率（MVR），通常情況下都是測量MFR，對于流動性較大的塑料，也可采用測量MVI的方法。試驗儀器：熔體流動速率儀標(biāo)準(zhǔn)口模有2.095±0.010mm和1.180±0.005mm兩種。通常采用前者。熔指不是聚合物的基本性質(zhì)，它只是表征熱塑性聚合物熔體的性能。通過對它的測定，可能了解聚合物的分子量及其分布、交聯(lián)程度及加工性能等。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD1238，ISO1133，GB3682測試注意事項：試樣的粒徑須小于5mm試樣是否需要干燥，干燥溫度及時間試樣測試溫度和負載當(dāng)結(jié)果大于50g/10min，誤差較大熔點熔點是指物質(zhì)的熔化溫度值。對于晶體來說，熔點應(yīng)是一個值，非晶體的熔化溫度是一段溫度范圍，沒有熔點。但有些物質(zhì)是晶體和非晶交聯(lián)物，其熔化溫度也是一個范圍，但由于這個范圍相對較窄，所以也可以測量出。熔點的測試方法通常有種：熱分析法DSC毛細管法顯微鏡法(偏光顯微鏡)熱分析法測試熔點用熱分析法分析熔點有差熱分析法（DTA）和示差掃描量熱法（DSC）兩種。原理：以規(guī)定的速率對試樣及一個參照材料同時進行加熱，由于試樣熔化是一個吸熱的過程，而參照物在試樣的熔化范圍內(nèi)對熱不敏感，試樣的溫度低于參照材料的溫度（DTA法）或輸入到試樣的能量大于參照材料的能量（DSC法），其溫度差值或能量差值從曲線中可反映出來，曲線上出現(xiàn)了明顯的峰?？傻贸鲩_始熔化的溫度和完全熔化的溫度值。試驗儀器：DTA或DSC

毛細管法測試熔點毛細管法測試熔點是測試結(jié)晶聚合物的常用方法之一，并能適用于部分結(jié)晶聚合物。原理：在控制升溫速的情況下對毛細管中的試樣進行加熱，觀察其外觀變化，將試樣開始熔化的溫度作為該物質(zhì)的熔點。試驗儀器：毛細管熔點儀毛細管：毛細管為耐用熱玻璃制成的一端封閉的管子，最大外徑為1.5mm試樣：粒度不大于100m的粉或10~20m的薄膜切片裝樣高度：5~10mm熱傳導(dǎo)率定義：物體熱傳導(dǎo)能力的熱性能參數(shù)，單位為W/m.K(kcal/m.℃.h)。試驗儀器：熱導(dǎo)率測定儀適用于導(dǎo)熱材料和絕熱材料的測試參考標(biāo)準(zhǔn)：ASTMC177玻璃化轉(zhuǎn)變溫度定義：非結(jié)晶高聚物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)的轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。非結(jié)晶高聚物三種物理形態(tài)：圖4-2溫度-形變曲線原理：熱機械分析法（TMA），依據(jù)熱膨脹系數(shù)的急劇變化來進行測量。根據(jù)溫度-形變曲線求出Tg的為膨脹型方法，要求施加探頭的力為5~10mN，對傳感器的要求非常高，目前較為少用。常用方法是針入型法，試樣在較小的壓力下，隨溫度的升高，在玻璃態(tài)時發(fā)生膨脹，當(dāng)試樣從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)向高彈態(tài)時，試樣變軟，探頭便逐漸針入試樣，根據(jù)曲線便可求出Tg。圖6-3熱機械分析測量Tg（膨脹法）圖6-4熱機械分析測量Tg（針入法）其他方法：DTA方法和DSC方法表6-4玻璃化轉(zhuǎn)變溫度不同方法的結(jié)果對比,℃

7燃燒性能的測試按燃燒過程來分:著火性試驗表面火焰?zhèn)鞑ピ囼灠l(fā)熱量試驗發(fā)煙量試驗?zāi)突鹦栽囼炄紵纸鈿怏w的分析試驗按測試方法可分為:垂直燃燒水平燃燒氧指數(shù)試驗煙密度熾熱棒法閃點和自燃點的測試7.1垂直燃燒應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：UL94，ASTMD3801，ASTMD4804，ISO1210，ISO9773，IEC60695，GB/T2408，GB/T8332

應(yīng)用范圍：塑膠原料、電線電纜、制品（有自撐料和軟泡沫塑料之分）燃燒方式：本生燈（9.5mm和0.9mm兩種燃燒口內(nèi)徑）火焰能量：低能量20~25mm;中能量125mm試樣要求：125*13*0.8~3.2(mm),也可根據(jù)實際制品協(xié)商，但厚度不應(yīng)超過13mm。試樣環(huán)境調(diào)節(jié)：UL94和ASTMD3801規(guī)定一組樣要在23±2℃，50±5%RH環(huán)境下處理40小時，另外一組樣在70℃環(huán)境下處理168小時，兩組樣同時可以達到的等級為試樣的最終等級。其他標(biāo)準(zhǔn)只要求在23±2℃，50±5%RH環(huán)境下處理16小時以上，不對70℃條件下處理作要求。例子：UL94V-0V-1V-2測試試驗裝置:垂直/水平燃燒裝置試樣尺寸：長125mm,寬13mm,厚0.8mm,1.6mm,3.2mm樣品預(yù)處理:第一組:放置在23±2℃,RH50±5%的環(huán)境下處理40h以上第二組:70±2℃的烘箱中處理168h4)燃燒過程：

火焰高度20mm第一次施加火焰時間10s，記錄余焰時間t1第二次施加火焰時間10s，記錄余焰時間t2和余灼時間t35）評判標(biāo)準(zhǔn)：表7-1脆化溫度塑料的剛性會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，當(dāng)溫度降低到某一定溫度范圍時，就表現(xiàn)出呈剛性，繼而變脆。脆化溫度的測定：在規(guī)定的受力及變形條件下，測出其顯示脆性破壞時的溫度。定義：當(dāng)試樣達到某一預(yù)定的溫度范圍時，用規(guī)定的沖頭以規(guī)定的速度打擊試樣，使試樣正好繞規(guī)定的半徑彎曲90°，而后觀察試樣破壞率，當(dāng)試樣破壞率為50%時的溫度，用t50表示。試驗儀器：脆化溫度試驗儀參考標(biāo)準(zhǔn)：ASTMD746，GB/T5470水平燃燒應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：UL94，ASTMD635，ASTMD4986，ISO1210，ISO3852，IEC60695，GB/T2408，GB/T8332

應(yīng)用范圍：塑膠原料、電線電纜、制品（有自撐料、非自撐料和軟泡沫塑料之分）燃燒方式：本生燈（9.5mm和0.9mm兩種燃燒口內(nèi)徑）火焰能量：低能量20~25mm;中能量125mm試樣要求：125*13*0.8~3.2(mm),也可根據(jù)實際制品協(xié)商，但厚度不應(yīng)超過13mm。試樣環(huán)境調(diào)節(jié)：在23±2℃，50±5%RH環(huán)境下處理一定時間，其中UL94HBF還要求另加一組樣在70℃環(huán)境下處理168小時，兩組樣同時可以達到的等級為試樣的最終等級。對于軟質(zhì)材料，可用支撐架、網(wǎng)來支撐試樣例子：UL94HB1）試驗裝置:垂直/水平燃燒裝置2）試樣尺寸：長:125mm,寬:13mm,厚:0.8mm,1.6mm,3.2mm3）樣品預(yù)處理:

第一組:放置在23±2℃,RH50±5%的環(huán)境下處理40h以上第二組:70±2℃的烘箱中處理168h（UL94HBF需要，UL94HB不需要）4）燃燒過程：

火焰高度20mm，一次施加火焰時間30s，從燃燒到第一條標(biāo)線(25mm)時開始計時，記錄時間t。若在30s內(nèi)已燃燒至25mm標(biāo)線，應(yīng)退火并開始計時。5）結(jié)果：

燃燒速度計算公式：V=60L/ta.燃燒在25mm標(biāo)線前熄滅，不用計算燃燒速度。

b.燃燒在25mm和100mm標(biāo)線之間熄滅，燃燒長度為第一標(biāo)線到熄滅點的距離。

c.燃燒在100mm標(biāo)線后熄滅，燃燒長度和時間按25mm和100mm標(biāo)線之間的計算。

水平/垂直燃燒影響因素：1）厚度對垂直燃燒的影響表7-22）厚度對水平燃燒的影響表7-33）燃燒氣體對水平燃燒性能的影響表7-44)老化處理對垂直燃燒性能的影響：表7-5汽車材料水平燃燒應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：SAEJ369，ISO3795，F(xiàn)MVSS302，GM9070P應(yīng)用范圍：汽車工程塑料、汽車內(nèi)飾件燃燒方式：本生燈（9.5mm和0.9mm兩種燃燒口內(nèi)徑）火焰能量：低能量20~25mm;中能量125mm試樣要求：356*102*3.2(mm),也可根據(jù)實際制品協(xié)商，但厚度不應(yīng)超過13mm。有效燃燒寬度為50mm。氧指數(shù)的測試定義：在規(guī)定的試驗條件下，剛好能維持材料燃燒的通入的23±2℃的氧氮混合氣體中以體積百分數(shù)表示的最低氧濃度。氧指數(shù)是用來判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度。試驗儀器：氧指數(shù)測定儀氧指儀示意圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)ASTMD2863，BS2782，ISO4589，GB2406氧濃度%=氧流量/(氧流量+氮流量)*100試樣尺寸，表7-6：8電學(xué)性能的測試表面電阻、表面電阻率ASTMD257，IEC60093，GB1410表面電阻率：絕緣材料里直流電場強度與穩(wěn)態(tài)電流密度之商，也是單位體積內(nèi)的體積電阻。體積電阻、體積電阻率ASTMD257，IEC60093，GB1410體積電阻率：絕緣材料的表面層的直流電場強度與線電流密度之商，也是單位面積內(nèi)的表面電阻。試樣規(guī)格：?100mm或者100*100(mm)，厚度一般要求3mm左右儀器范圍：1XE9～1XE17歐姆電壓：10V，100V，500V，1000V擊穿電壓ASTMD149，IEC60243，GB/T1408.1介電強度ASTMD149，IEC60243，GB/T1408.1試樣要求：?100mm或者100*100(mm)，厚度一般要求3mm左右儀器量程：0～50kV介電損耗ASTMD149，IEC60243介電常數(shù)ASTMD150，IEC60250靜電性能ASTMF150，ESD-S7.1，EN100015，DIN91953量程：1XE3~1XE12電壓：10V，100V光學(xué)性能的測試顏色色差(L*，a*，b*，E)色差(ISO，AATCC灰色標(biāo)）光澤率(20°，60°，85°)透光率和霧度顏色CIE顏色系統(tǒng)RAL顏色系統(tǒng)色差(儀器法）CIEL*a*b*色空間

每種顏色均對應(yīng)該三維坐標(biāo)中的唯一一點計算：ΔΕ*=（ΔL*2+Δa*2+Δb*2）1/2儀器：X-rite968分光光度計常用的測量條件：D65/10°ASTMD2244-02，BS3900-D9-1986

ISO7724-2:1984，GB/T11186.3-1989灰色沒有色彩和色