塑料相關(guān)測(cè)試簡(jiǎn)介

1、常用的塑料測(cè)試方法簡(jiǎn)介拉伸強(qiáng)度和拉伸模量 ASTM D 638, ISO R527, DIN 53455, DIN53457了解材料對(duì)負(fù)載的響應(yīng)程度是了解材料性能的基礎(chǔ)。通過測(cè)試在一定應(yīng)力下材料的變形程度（應(yīng)變），設(shè)計(jì)者可以預(yù)測(cè)材料在其工作環(huán)境下的應(yīng)用（如圖1）。圖1 拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線A：彈性形變的極限值B：屈服點(diǎn)C：最大強(qiáng)度O-A:屈服區(qū)域，發(fā)生彈性形變超過A點(diǎn)：塑性變形圖2：ASTM D 6， 拉伸試樣的尺寸模量： 應(yīng)力/應(yīng)變 Mpa屈服應(yīng)力： 開始發(fā)生塑性變形的應(yīng)力 Mpa斷裂應(yīng)力 發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)力 Mpa斷裂伸長(zhǎng)率 材料發(fā)生斷裂時(shí)的應(yīng)變 彈性極限 開始發(fā)生彈性形變的終點(diǎn)彈性模量 發(fā)生在

2、塑性變形時(shí)的模量 Mpa 測(cè)試速度：A速度：1mm/mm 拉伸模量B速度：5mm/mm 填充材料 的拉伸應(yīng)力/應(yīng)變 C速度：50mm/mm 為填充材料的拉伸應(yīng)力/應(yīng)變彎曲強(qiáng)度和彎曲模量ASTM D 790, ISO 178, DIN 53452彎曲強(qiáng)度是用來測(cè)量材料抵制撓曲變形的能力或者是測(cè)試材料的剛性。與拉伸負(fù)載不同的是，在測(cè)試彎曲時(shí)，所有的應(yīng)力加載在一個(gè)方向上。用壓頭壓在試樣的中部使其形成一個(gè)3點(diǎn)的負(fù)載，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試儀上，恒定的壓縮速度為2mm/mm.通過計(jì)算機(jī)收集的數(shù)據(jù)，測(cè)繪出試樣的壓縮負(fù)荷變形曲線，來計(jì)算壓縮模量。在曲線的線性區(qū)域至少取5個(gè)點(diǎn)的負(fù)載和變形。彎曲模量（應(yīng)力與應(yīng)變的比值）是表

3、征材料彎曲性能的重要指標(biāo)。壓縮模量是指在應(yīng)力應(yīng)變的曲線的線性范圍內(nèi)，壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變之比。壓縮應(yīng)力與壓縮應(yīng)變的單位都是Mpa。圖3：彎曲測(cè)試示意圖耐磨性能測(cè)試GE測(cè)試方法與ASTM D 1044, ISO 3537, DIN 52347測(cè)試方法相似用Taber 磨損機(jī)磨損測(cè)試試樣，通過計(jì)算試樣的磨損量來表征材料的耐磨性能。測(cè)試試樣放置在一個(gè)以恒定轉(zhuǎn)速60rpm的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上（如圖4所示），把一定重量的砂輪壓在測(cè)試試樣上（轉(zhuǎn)盤是通過人工磨出來的，可以獲得不同重量的轉(zhuǎn)盤）。當(dāng)轉(zhuǎn)盤達(dá)到規(guī)定的圈數(shù)，測(cè)試結(jié)束。然后稱量磨損掉下來的試樣碎片的質(zhì)量來表征材料的耐磨性能指標(biāo)，耐磨性的指標(biāo)是mg/1000圈。A

4、STM與ISO區(qū)別ASTM測(cè)試試樣的厚度是3mm，而ISO測(cè)試試樣為4mm。試樣厚度的不同，將會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的不同。測(cè)試結(jié)果的不同是因?yàn)闇y(cè)試方法的不同，而不是因?yàn)椴牧闲阅艿牟煌SO測(cè)試方法不僅是測(cè)試條件，以及試樣的尺寸與ASTM不同，而且ISO的測(cè)試試樣需要根據(jù)ISO294的標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)定的加工條件來加工測(cè)試試樣。沖擊性能在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試中，比如拉伸，彎曲測(cè)試，材料吸收能量是比較緩慢的，但是在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，材料經(jīng)常會(huì)吸收突如其來的能量，例如掉落的物體，大風(fēng)，坍塌，高空墜落等。沖擊測(cè)試的目的就是模擬這些情況，缺口與非缺口沖擊測(cè)試就是表征材料在指定沖擊應(yīng)力下的行為，以此在表征材料的脆性與韌性。沖擊測(cè)

5、試的數(shù)據(jù)不能作為材料設(shè)計(jì)的依據(jù)。材料特定的行為可以通過測(cè)試不同條件下的測(cè)試實(shí)驗(yàn)來獲得，比如改變?nèi)笨诘拇笮『蜏y(cè)試溫度。沖擊測(cè)試是在擺錘式懸臂梁沖擊儀上實(shí)現(xiàn)的，試樣被固定在夾具上，一個(gè)擺錘（具有固定半徑的沖擊刃）從固定的高度釋放，使得試樣能夠吸收瞬時(shí)能量。擺錘釋放的高度與最后擺回去的高度差值代表了測(cè)試樣條的斷裂吸收的能量。測(cè)試需要在室溫下進(jìn)行，或者是低溫下進(jìn)行（表征材料的低溫沖擊韌性）。測(cè)試樣條有不同的類型以及不同的缺口的尺寸。沖擊測(cè)試的結(jié)果不是絕對(duì)的 ，除非測(cè)試樣條的幾何形狀和實(shí)際最終使用的環(huán)境一致。如果兩種材料的失效速率和失效的模式一樣的話，那么材料在兩種測(cè)試方法下的沖擊性能是等同的。沖擊性能

6、的比較ASTM與ISO沖擊性能對(duì)測(cè)試試樣的厚度和分子取向很敏感。ASTM與ISO方法中使用的試樣的厚度差別可能對(duì)沖擊的影響很大。厚度從3mm變?yōu)?mm甚至通過分子質(zhì)量和試樣厚度對(duì)IZOD缺口沖擊性能使失效方式發(fā)生改變，從塑性轉(zhuǎn)成脆性（如圖9所示）。但是在3mm顯示脆性的材料如礦物和玻璃填充等級(jí)的材料不受影響。添加了沖擊改性劑的材料也不受此因素的影響。圖9：測(cè)試試樣的厚度和分子取向?qū)_擊性能的影響缺口沖擊強(qiáng)度ASTM D256， ISO 180缺口沖擊強(qiáng)度已經(jīng)成為比較材料沖擊韌性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試（如圖10和11）。但是缺口沖擊測(cè)試與制品在實(shí)際使用的環(huán)境的關(guān)系比較小。因?yàn)楦淖內(nèi)笨诿舾械牟牧?，測(cè)試結(jié)果會(huì)有

7、很大的改變。沖擊測(cè)試主要是用來表征材料對(duì)缺口的敏感性而非抗沖能力。缺口沖擊強(qiáng)度測(cè)試主要用來比較材料的韌性。缺口沖擊測(cè)試對(duì)于一些帶有尖角，尖的拐角，加強(qiáng)肋的制品的沖擊韌性有很大的實(shí)際意義。圖10 缺口沖擊強(qiáng)度無缺口沖擊測(cè)試的試樣幾何形狀，測(cè)試負(fù)載與缺口試樣一樣，只是測(cè)試試樣上沒有缺口。這種測(cè)試比缺口沖擊準(zhǔn)確，是因?yàn)樗鼫p少了因銑缺口而造成的應(yīng)力集中。沖擊強(qiáng)度是用試樣吸收的能量除以試樣在缺口處的厚度和寬度的乘積得到的，單位是KJ/m2.ISO測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的不同反映了試樣的類型和缺口的類型ISO 180/1A 是指1類試樣和A缺口。如圖10所示。試樣的尺寸為長(zhǎng)80mm，高10mm，厚4mm。ISO 180

8、/1U 是指試樣為1類型，但是夾具是反向的。ASTM測(cè)試方法中試樣的長(zhǎng)為63.5mm, 更重要的是試樣的厚度是3.2mm，而擺錘的半徑和高度與ISO一致。圖11 缺口沖擊強(qiáng)度在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，沖擊強(qiáng)度是用缺口處吸收的能量除以缺口試樣的厚度來表征的。其單位是J/m。試樣厚度的不同，對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大。Charpy 沖擊強(qiáng)度ASTM D 256， ISO 179Charpy和Izod 測(cè)試最大的區(qū)別就是測(cè)試試樣的放置不同。在Charp測(cè)試中，試樣是水平放置在試樣機(jī)上（如圖12）。ISO標(biāo)準(zhǔn)的不同反映了試樣和缺口的類型：ISO 179/2C 是指試樣為2類型，缺口為C類型。IISO 179/2D 是

9、指試樣是2類型，但是無缺口。在DIN 53453標(biāo)準(zhǔn)中，試樣的尺寸與ISO標(biāo)準(zhǔn)相似。ISO與DIN中，沖擊強(qiáng)度都是用是用試樣吸收的能量除以試樣在缺口處的面積。單位為KJ/m2.圖12 Charpy 沖擊強(qiáng)度維卡軟化溫度ASTM D 1525， ISO 306， DIN53460維卡軟化溫度測(cè)試的目的主要是測(cè)試材料在那個(gè)溫度下快速軟化。塑料在液體傳熱介質(zhì)中，在一定的負(fù)荷，一定的等速升溫速率下，試樣被1mm2壓錚頭壓入1mm時(shí)的溫度，即維卡軟化溫度。ISO 306 有兩種標(biāo)準(zhǔn)：A： 負(fù)載為10N。B：負(fù)載為50N， 升溫速率為50 °C/h或者是120 °C/h。 在ISO中，

10、經(jīng)常用A50，A120，B50，B120來描述。測(cè)試樣條浸潤(rùn)在被加熱的油浴中，從23°C作為起始的升溫溫度。5min以后，10N或者50N的負(fù)載加載在測(cè)試試樣上，當(dāng)試樣被壓錚頭壓入1 ± 0.01 mm 時(shí)油浴的溫度即為VST。熱變形溫度ASTM D 648, ISO 75, DIN 53461熱變形溫度表征了材料在一定能夠負(fù)載下的短期耐熱性能。本方法是測(cè)定材料試浸在一種等速升溫的合適液體介質(zhì)中，在簡(jiǎn)支梁的靜彎曲負(fù)載作用下，試樣彎曲變形達(dá)到規(guī)定能夠值時(shí)候的溫度，即熱變形溫度。.圖13 熱性能測(cè)試在ASTM和ISO標(biāo)準(zhǔn)中，加載了負(fù)載的測(cè)試樣條浸潤(rùn)在帶有加熱棒的硅油中（入圖14

11、）。加載在試樣上的壓力為：低壓力-0.45 Mpa（ ASTM和ISO標(biāo)準(zhǔn)）高壓力1.82 Mpa（ASTM標(biāo)準(zhǔn)），1.80 Mpa（ISO標(biāo)準(zhǔn)）。試樣加載負(fù)載5min后調(diào)節(jié)變形測(cè)量裝置，使得變形量為0，如果材料不發(fā)生明顯的蠕變，就不需要等待這段時(shí)間，然后從室溫23 °C以2°C/min恒定的升溫速度升溫。當(dāng)試樣中點(diǎn)彎曲變形達(dá)到0.32mm(ISO）或者0.25mm(ASTM）時(shí)的溫度為測(cè)試試樣的熱變形溫度。圖14 熱性能測(cè)試根據(jù)加載在表面壓力的大小，HDT有兩種，分別用字母A，B表示：HDT/A 負(fù)載為1.80MpaHDT/B 負(fù)載為0.45 Mpa無定形與結(jié)晶材料的HD

12、T對(duì)比對(duì)于無定形材料，HDT接近材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）。因?yàn)闊o定形材料沒有固定的熔融溫度，加工溫度在高于Tg的橡膠態(tài)下進(jìn)行。結(jié)晶材料的HDT較低，因?yàn)樵谳^高的溫度下仍然有部分晶區(qū)。對(duì)于無定形材料，HDT的重復(fù)性比結(jié)晶材料的要好，對(duì)于一些特定的材料，需要先退火處理，測(cè)試結(jié)果才有效。通常加入纖維補(bǔ)強(qiáng)后，塑料的HDT會(huì)上升，因?yàn)槔w維補(bǔ)強(qiáng)可以大幅提升塑料的機(jī)械強(qiáng)度，以致在升溫的耐撓曲測(cè)試時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)HDT急劇升高的現(xiàn)象。纖維增強(qiáng)對(duì)結(jié)晶材料的HDT影響比無定形材料要明顯。HDT不能代表材料的最高使用溫度，因?yàn)樵趯?shí)際的使用過程中，材料的使用時(shí)間，負(fù)載，表面壓力和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的條件不一致。UL94 概述最常

13、用的表征塑料阻燃等級(jí)的測(cè)試為UL94.根據(jù)燃燒速率，火焰熄滅時(shí)間，有沒有滴落，阻燃等級(jí)可以分為幾種。根據(jù)測(cè)試試樣的厚度和顏色的不同，一種材料可以獲得不同的阻燃等級(jí)。當(dāng)指定材料的某種用途時(shí)，根據(jù)塑料制品的壁厚阻燃等級(jí)會(huì)有不同。所以在判定材料能達(dá)到什么樣的阻燃等級(jí)的時(shí)候，一定要說明材料的厚度是多大。UL94阻燃等級(jí)：HB 緩慢水平燃燒，對(duì)于厚度大于3mm時(shí)，燃燒速率小于76mm/min.厚度大于3mm時(shí)，燃燒速率小于38mm/min.V-0垂直燃燒測(cè)試試樣，10秒鐘內(nèi)熄滅并且沒有滴落。V1垂直燃燒測(cè)試試樣，30秒鐘內(nèi)熄滅并且沒有滴落。V2垂直燃燒測(cè)試試樣，30秒鐘內(nèi)熄滅，允許有滴落。5V5VB測(cè)試

14、試樣被燒穿5VA測(cè)試試樣沒有被燒穿（最好的UL等級(jí)）需要指出的是，這項(xiàng)測(cè)試并不反映實(shí)際火情下材料的著火危險(xiǎn)。UL94水平燃燒測(cè)試程序 在阻燃性能要求高的環(huán)境下，HB級(jí)的材料是不允許使用的?？偟膩碚f，HB級(jí)別的材料不是用在電氣產(chǎn)品中的，而是在醫(yī)療以及裝飾使用。在通常人們的印象中，沒有添加阻燃劑的材料達(dá)不到HB的要求，其實(shí)所有的結(jié)果都需要通過測(cè)試來實(shí)現(xiàn)（如圖16）。UL94 V0,V1,V2測(cè)試程序垂直燃燒測(cè)試（如圖17）使用的測(cè)試樣條與HB測(cè)試樣條一致，在測(cè)試中，需要測(cè)試燃燒時(shí)間，什么時(shí)候滴落，滴落是否能使得棉花點(diǎn)燃等信息。V1和V2最大的區(qū)別就是看在燃燒過程中有沒有滴落。UL94-5V測(cè)試程序

15、：步驟一： 垂直安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可燃性試棒，使其經(jīng)受五次127mm火焰，每次持續(xù)5秒。如果此后試棒燃燒時(shí)間短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，則通過測(cè)試。整個(gè)過程要對(duì)5個(gè)試棒進(jìn)行重復(fù)測(cè)試。 步驟二： 同樣厚度的試樣板在水平位置經(jīng)受同等火焰的測(cè)試，整個(gè)過程要對(duì)3個(gè)試樣板重復(fù)進(jìn)行測(cè)試。這個(gè)水平測(cè)試形成2個(gè)等級(jí)：5VB和5VA。5VB允許產(chǎn)生洞（燒穿）。5VA不允許產(chǎn)生洞。 UL945VA是所有UL測(cè)試中最嚴(yán)格的，特別用于大型辦公機(jī)械的防火罩。對(duì)于那些預(yù)期壁厚小于1.5mm的產(chǎn)品，應(yīng)使用玻璃填充材料等級(jí)。CSA可燃性CSA C22.2 第0.6號(hào) 這個(gè)加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)的可燃性測(cè)試的方法與UL 94 5V測(cè)試

16、的方法相似。然而，這個(gè)測(cè)試更加嚴(yán)格：每次測(cè)試火焰要持續(xù)15秒。而且在前4次火焰測(cè)試中，試樣必須在30秒內(nèi)熄滅；在第五次測(cè)試后，火焰在60秒內(nèi)熄滅（而UL945V的5次火焰測(cè)試各持續(xù)5秒）。 滿足CSA測(cè)試的結(jié)果也被認(rèn)為滿足UL 945V。有限氧氣指數(shù)ASTM D 2863（ISO 4589） 有限氧氣指數(shù)用來測(cè)量材料在受控環(huán)境中的相對(duì)可燃性。有限氧氣指數(shù)是維持熱塑性塑料材料火焰時(shí)，空氣中所需的最低氧氣含量。 測(cè)試所用氣體是外部控制的氮?dú)夂脱鯕獾幕旌衔?。一個(gè)支撐的試樣由引火火焰點(diǎn)燃，然后拿走引火火焰。在下面過程中，氧氣濃度逐漸降低，直至試樣不能維持燃燒。有限氧氣指數(shù)或LOI定義為材料可以燃燒3分

17、鐘或50mm所需的最低氧氣濃度。LOI值越高就越不容易燃燒。 這項(xiàng)測(cè)試并不反映實(shí)際火情下材料的著火危險(xiǎn)。介電強(qiáng)度本方法是用連續(xù)均勻升壓或者逐級(jí)升壓（48Hz62Hz）的方法，對(duì)測(cè)試試樣施加交流電壓，直至擊穿，測(cè)試擊穿電壓，或者用迅速升壓的方法，將電壓聲道規(guī)定值，保持一定的時(shí)間不擊穿，測(cè)試試樣的耐電壓值。用擊穿前的電壓除以試樣的厚度表征材料的介電強(qiáng)度kV/mm。 周圍的介質(zhì)可以值空氣或者是油。試樣的厚度對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大。影響材料介電強(qiáng)度的因素試樣的厚度，濕份以及材料的均一性電極的尺寸和導(dǎo)熱性測(cè)試電壓的頻率測(cè)試環(huán)境的溫度，壓力和濕度介質(zhì)的電和熱性能表面電阻率和體積電阻率表面電阻率是絕緣材料抵抗表面漏泄電流的能力. 體積電阻率是絕緣材料抵抗體內(nèi)漏泄電流的能力. 表面電阻率、體積電阻率越高, 漏泄電流越小, 材料的導(dǎo)電性能越差. 體電阻系數(shù)