工程材料標(biāo)準(zhǔn)和測試-王瑞鋒

中國質(zhì)量認(rèn)證中心[塑料的標(biāo)準(zhǔn)和測試]2023/2/52要講述的主題國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和標(biāo)準(zhǔn)代號塑料行業(yè)主要涉及到的標(biāo)準(zhǔn)塑料的力學(xué)性能塑料的熱學(xué)性能塑料的電學(xué)性能塑料的光學(xué)性能塑料的顏色表征塑料的燃燒性能塑料的流變性能塑料的耐侯性能2023/2/53主題深度介紹基本情況實驗的定義、意義標(biāo)準(zhǔn)的差別經(jīng)常遇到的問題2023/2/54國際化標(biāo)準(zhǔn)組織和標(biāo)準(zhǔn)代號返回ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEC國際電工委員會電工標(biāo)準(zhǔn)、電氣、電子工程UL美國保險業(yè)試驗所安全標(biāo)準(zhǔn)（電氣、防盜、事故、防火、船舶工業(yè)）ITU國際電信聯(lián)盟四大國際性組織非政府2023/2/55塑料行業(yè)主要涉及到的標(biāo)準(zhǔn)返回ASTM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(biāo)準(zhǔn)的主要來源DIN德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會

EN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會）的主體

ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會1982年成立BSI英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會GB中國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會

GB/T推薦標(biāo)準(zhǔn)JIS日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會VW德國大眾公司標(biāo)準(zhǔn)GME通用汽車標(biāo)準(zhǔn)ES日本三菱區(qū)域性組織非政府政府企業(yè)2023/2/56其他常見的和塑料有關(guān)的國外組織代號代號含義負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)API美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)美國石油學(xué)會（API）ASME美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)美國機(jī)械工程師協(xié)會（ASME）BS英國國家標(biāo)準(zhǔn)英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會（BSI）DIN德國國家標(biāo)準(zhǔn)德國標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會（DIN）NF法國國家標(biāo)準(zhǔn)法國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(AFNOR)SAE美國機(jī)動車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)美國機(jī)動車工程師協(xié)會（SAE）VDE德國電氣工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)德國電氣工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（VDE）2023/2/57在我國塑料常用的標(biāo)準(zhǔn)2023/2/58我國和塑料有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)代號行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)名稱行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)工業(yè)局化工HG國家石油和化學(xué)工業(yè)局石油化工SH國家石油和化學(xué)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(jī)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HB國防科工委航天QJ國防科工委鐵路運(yùn)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2023/2/59塑料的力學(xué)性能返回力學(xué)性能的測試表征

應(yīng)力值應(yīng)變值應(yīng)變速率時間溫度應(yīng)力形式2023/2/510塑料的力學(xué)性能返回剛性和柔性基礎(chǔ)實驗：拉伸試驗、壓縮試驗、剪切試驗復(fù)合實驗：彎曲試驗、蠕變、疲勞、應(yīng)力松弛等彈性比例極限硬度韌性和脆性（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2023/2/511剛性的表征完整的剛性表征應(yīng)是材料在不同方向上拉伸模量和剪切模量組成矩陣的模C11也叫拉伸楊氏模量，使用的最多同一材料因為應(yīng)力-應(yīng)變模式一致，因此可用強(qiáng)度來部分代替模量表征剛性塑料的拉彎實驗數(shù)據(jù)不能直接用于工程設(shè)計。

1）粘彈態(tài)的存在是根本原因

2）形狀因子A0的介入2023/2/512塑料的剛性試驗返回標(biāo)準(zhǔn)IS0DINGBASTM拉伸試驗10×4mm啞鈴型12.7×3.2mm啞鈴型彎曲試驗80×10×4mm101.6×12.7×3.2mm壓縮試驗細(xì)長比10，高30mm——30×15×10mm24.5×12.7×12.7mm幾種標(biāo)準(zhǔn)的試樣區(qū)別2023/2/513塑料的力學(xué)性能—拉伸試驗

返回

比例極限2023/2/514拉伸試驗的典型圖譜彈性段非常小屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度的選取超軔材料的伸長率試驗現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無法滿足（新型拉伸樣條）2023/2/515拉伸實驗中常見的錯誤2023/2/516彎曲應(yīng)力是使用中最常見的應(yīng)力模式彎曲應(yīng)力是拉伸和壓縮的復(fù)合應(yīng)力彎曲實驗有三點(diǎn)彎曲和四點(diǎn)彎曲之分彎曲實驗中的饒度應(yīng)根據(jù)樣條實際尺寸選取2023/2/517彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的關(guān)系2023/2/518彎曲模量GB/T9341-2000《塑料彎曲性能試驗方法》彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)變給定彎曲應(yīng)變0.0005和0.0025，求取相應(yīng)彎曲應(yīng)力對應(yīng)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(dá)2%，所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模量要取3位有效數(shù)字。2023/2/519彎曲模量測試中存在的問題許多拉力機(jī)軟件中模量的計算是和國標(biāo)要求不同的。

1）力值有效范圍，

標(biāo)準(zhǔn)的隱含要求最小力值能達(dá)到0.1N2）取樣點(diǎn)

雙點(diǎn)取樣

3）取樣頻率

3.11注3：能借助計算機(jī)用兩個不同的應(yīng)力/應(yīng)變點(diǎn)測量模量，即把這兩點(diǎn)間的曲線經(jīng)線形回歸后來表示

最小取樣頻率需要400Hz2023/2/520兩個彎曲的測試標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別GB/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(qiáng)熱固性和熱塑性復(fù)合材料與熱致液晶聚合物，不適合硬制微孔材料和含有微孔材料得夾層結(jié)構(gòu)材料；GB1449-1983《玻璃纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗方法》適用于玻璃纖維織物增強(qiáng)塑料板材和短切玻璃纖維增強(qiáng)塑料適用范圍2023/2/521兩個彎曲的測試標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別試驗參數(shù)GB/T9341GB1449樣條尺寸長l=80±2mml≥120mm寬b=10.0±0.2mmb=15±0.5mm高h(yuǎn)=4.0±0.2mmh=6±0.2mm壓頭尺寸上壓頭R1=5.0±0.1mmR1=5.0±0.1mm下壓頭R2=2.0±0.2mm（試樣厚度h≤3mm）

R2=5.0±0.2mm（試樣厚度h＞3mm）R2=0.5±0.2mm（試樣厚度h≤3mm）

R2=2.0±0.2mm（試樣厚度h＞3mm）試驗速率v=2mm/minv=10mm/min（彎曲強(qiáng)度）

v=2mm/min（彎曲模量）2023/2/522彎曲強(qiáng)度中剪應(yīng)力的修正饒度很大時，支座的反作用力有水平分力，對結(jié)果有影響，應(yīng)采用下面的公式進(jìn)行修正。標(biāo)準(zhǔn)中默認(rèn)的誤差是3.5%2023/2/523關(guān)于試驗速率彎曲性能的試驗速度主要取決于試樣測試時的受力點(diǎn)處外部纖維的應(yīng)變速率Sr。GB/T9341中要求應(yīng)變速率Sr應(yīng)盡可能接近1%/min，速度允差為±20%（v≤10mm/min）和±10%（v≥10mm/min），應(yīng)是有樣條時的情況ASTMISO2023/2/524關(guān)于拉力機(jī)的選型問題最大力值：拉、彎：20000N

壓縮：50000N最小力值：0.1N引伸計：0.05mm測力精度：±0.01N饒度精度：±0.005mm速度精度：±0.1mm/min取樣頻率：400Hz2023/2/525塑料的彈性試驗返回回彈硬度洛氏硬度（Rockwell）：不同試驗力作用下的壓入深度差。邵氏回彈硬度壓痕硬度球壓痕硬度/布氏（Brinell）硬度：標(biāo)準(zhǔn)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）硬度等針劃硬度莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度2023/2/526塑料的彈性試驗返回幾種標(biāo)準(zhǔn)的試樣區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)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≥6mm2023/2/527洛氏硬度初始實驗力的加載是為了消除表面不平整對試驗結(jié)果的影響試樣的平整度對測試結(jié)果有很大影響，標(biāo)準(zhǔn)中無要求。不能忽視邊緣效應(yīng)。重疊試樣會使數(shù)據(jù)的變異系數(shù)增加。2023/2/528邵氏硬度邵氏硬度和材料的耐劃傷性能相關(guān)。邵氏A：軟塑料

PE、POE、PU、PVC

邵氏D：較硬的塑料

PP、ABS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。A硬度壓針長度2.50mm，針頭1.25mm，面積1.23mm22023/2/529雷諾-標(biāo)致耐劃傷實驗PSAD4217552023/2/530塑料的韌性試驗和剛性試驗相比，韌性試驗的主要區(qū)別在于應(yīng)變速率的不同。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。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。塑料的沖擊試驗是最繁雜的，現(xiàn)在已有的沖擊試驗標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)500個。2023/2/531塑料的韌性試驗返回沖擊強(qiáng)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(kuò)展能

+W試樣飛出功+W試驗?zāi)芎捻g性缺口敏感性延性2023/2/532塑料的力學(xué)性能返回幾種標(biāo)準(zhǔn)的試樣區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)IS0DINGBASTM簡支梁80×10×4mm75×15/10×3mm33/45×10/15×3mm

缺口：V、U120×15×10mm50×6×4mm

缺口：U無缺口：沖擊韌性有缺口：沖擊強(qiáng)度80×10×4mm50×6×4mm120×15×10mm125×13×13mm

缺口：U、V127×12.7×3.2mm127×12.7×6.4mm

缺口：V

懸臂梁80×10×4mm63.5×12.7×12.7mm63.5×12.7×6.4mm63.5×12.7×3.2mm

缺口：V——80×10×4mm63.5×12.7×12.7mm63.5×12.7×6.4mm63.5×12.7×3.2mm

缺口：V無缺口25.4×12.7×1.6mm缺口127×12.7×3.2mm127×12.7×6.4mm

缺口：V2023/2/533沖擊試驗中常遇到的問題返回

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(yīng)力懸臂量——剪切應(yīng)力拉伸沖擊——拉伸應(yīng)力J/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/m2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。對脆性材料測量簡支梁無缺口沖擊是失效的。沖擊測試中NB要求應(yīng)指出測試條件。2023/2/534沖擊試驗中常遇到的問題沖擊錘的自然位置調(diào)整常常被忽略沖擊試驗中預(yù)仰角的校準(zhǔn)是非常關(guān)鍵的。簡支梁沖擊試驗中的跨厚比70/4=17.52023/2/535彎曲試驗和間支梁沖擊試驗2023/2/536J積分試驗可以精確表征W斷裂引發(fā)能的情況。采用三點(diǎn)彎曲試驗，在預(yù)制缺口的情況下，加以不同的負(fù)荷，求取應(yīng)力-應(yīng)變曲線的面積表征能量。

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。2023/2/537幾種實驗的應(yīng)變速率比較拉伸/彎曲2mm/min=0.00003m/s高速拉伸試驗500mm/min=0.008m/s簡支梁：2.9m/s（沖擊能量≤4J）

3.8m/s（沖擊能量≥4J）懸臂梁：3.5m/s落重法：0.5m3.13m/s1m4.42m/s2m6.26m/s

2023/2/538塑料的熱性能返回高溫?zé)嵝阅芏唐冢簾嶙冃螠囟?、維卡、扭擺長期：長期耐熱、UL溫度指數(shù)、高溫蠕變低溫?zé)嵝阅軟_擊脆化溫度導(dǎo)熱性和熱膨脹性尺寸穩(wěn)定性2023/2/539塑料的熱性能返回標(biāo)準(zhǔn)IS0GBDINASTM熱變形80：10：4mm120：10：15mm110：3.0-4.2：9.8-15mm

127：3.2-12.7：12.7mm維卡厚度3~6mm厚度3~6.4mm厚度=3.05mm幾種標(biāo)準(zhǔn)的試樣區(qū)別2023/2/540熱變形溫度熱變形溫度：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(yīng)用時受力的大小。

K=T1.8/T0.45

可以看作是材料失去剛性的量度。測試前樣條一定要進(jìn)行熱處理去除內(nèi)應(yīng)力，否則數(shù)據(jù)不實。可以和彎曲試驗進(jìn)行類比，可以看出溫度-負(fù)荷的等同效應(yīng)。熱變形溫度測試中的跨厚比

GB6.7IS06ASTM7.82023/2/541熱變形溫度熱變形溫度的饒度（變形量）是按按照不同高度的試樣在試驗中達(dá)到相同的彎曲彈性模量時的換算值。

GB0.45MPaE=232MPa1.81MPaE=933MPa2023/2/542維卡軟化點(diǎn)維卡軟化點(diǎn)：表征材料熱軟化品質(zhì)。維卡實驗和邵氏硬度實驗有可比性。對于結(jié)晶性塑料，維卡軟化點(diǎn)和材料的玻璃化轉(zhuǎn)化溫度相關(guān)。負(fù)荷5kg4.90MPa1Kg0.98MPa2023/2/543UL溫度指數(shù)（RTI）RTI值：表征聚合物長期處于高溫下材料保持其特性的指標(biāo)，是材料熱壽命的量度。（UL746B）聚合物在規(guī)定溫度下老化后性能下降50%RTI值分機(jī)械性能和電性能兩種表達(dá)方式。

RTI值可以較為準(zhǔn)確地把握材料在高溫下的的長期使用能力。2023/2/544塑料的電學(xué)性能返回介電強(qiáng)度：絕緣性的表征。（擊穿電壓/厚度）

IS0等：Φ100×2±0.1mm

ASTM：Φ100×1.6mm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

2023/2/545塑料的電學(xué)性能介電損耗因子：電損耗的量度表面電阻率：阻止絕緣體延表面泄露電流的能力

取決于式樣的清潔度

Φ100×≤4mm

單位：Ω體積電阻率：阻止絕緣體延縱向泄露電流的能力

Φ100mm

單位：Ω·cm2023/2/546塑料的電學(xué)性能耐電弧性：抵抗高壓電弧的能力。

Φ100×2~4mmHAI高電流弧的發(fā)火性HVTR高電壓電弧起痕速度D495ASTM-D495高電壓低電流電弧起痕速度2023/2/547漏電起痕指數(shù)CTI相比耐漏電起痕指數(shù)是Comparativetrackingindex的縮略語，是表示耐漏電性的指標(biāo)。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。按照耐壓值從0到5進(jìn)行分級。數(shù)字越小，耐漏電性越高。PTI保證耐漏電起痕指數(shù)

Prooftrackingindex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(jìn)行分級。PTI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(diǎn)，只表示該點(diǎn)是否能耐受住電壓。換言之，假設(shè)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(biāo)注值的實力。

2023/2/548塑料的光學(xué)性能返回折光指數(shù)：=SIN（入射角）/SIN（折射角）

阿貝折光儀透明塑料PC、PET、PP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霧度：透射光因散射而偏離入射光方向的透光百分比。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。光彈性：在不同應(yīng)力下材料發(fā)生雙折射現(xiàn)象。鏡面光澤度：鏡面方向的反射率

2023/2/549塑料的顏色表征返回三刺激值：任何顏色都能分解成標(biāo)準(zhǔn)紅（650nm）、標(biāo)準(zhǔn)綠（550nm）和標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)（450nm）三原色的組合。白度：不透明近白色材料顏色接近純白的程度，常用藍(lán)光白度黃色指數(shù)：透明、半透明或近白色的塑料在C光源下偏離白色的程度。黃色指數(shù)的背板問題2023/2/550塑料的顏色表征返回A光源：白熾光，標(biāo)準(zhǔn)照明體，色溫2854KB光源：接近太陽直射的燈光，近乎正午的日光。色溫4870KC光源：接近晴天斜射的白晝光，相當(dāng)於晴天時的平均晝光或陰天日光，色溫6740KD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(jī)工業(yè)）F光源：標(biāo)準(zhǔn)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2023/2/551塑料的顏色表征返回表征一個顏色需要三個數(shù)據(jù)色調(diào)：紅、綠、藍(lán)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。對于中性色（黑、白、灰），推薦用LAB色差，對于彩色，推薦用LCH色差。2023/2/552塑料的顏色表征返回HCL2023/2/553塑料的顏色表征返回飽和度=彩度/明度2023/2/554塑料的顏色表征返回CIELAB均勻色空間2023/2/555塑料的燃燒性能著火的三大要素：氧氣、火源和環(huán)境溫度火災(zāi)損失預(yù)防的過程點(diǎn)火過程火焰?zhèn)鞑ミ^程●延表面?zhèn)鞑ァ癖旧淼娜紵俣冗^程放熱滴落引燃煙霧生成2023/2/556塑料的燃燒性能返回點(diǎn)燃性能：耐灼燒實驗：高溫灼燒點(diǎn)燃溫度試驗：自燃的最低溫度氧指數(shù)：室溫點(diǎn)燃材料的最小氧濃度火焰?zhèn)鞑バ阅埽罕砻嫒紵囼炤椛涿姘鏌煹涝囼灮鹧娉掷m(xù)性能：UL-94注重燃燒時間（速度）、滴落性煙霧生成性能：煙密度2023/2/557UL94燃燒試驗分為水平燃燒、垂直燃燒和5V燃燒三種方式2023/2/558UL94試驗選擇2023/2/559塑料的氧指數(shù)實驗氧指數(shù)實驗可以識別UL94V0材料的區(qū)別氧指數(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?；旧?，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：80×10×4mm2023/2/560UL的其他燃燒試驗HAI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。HWI熱金屬絲的發(fā)火性是Hotwireignition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1~2分鐘者為1級。到開始燃燒的時間7~15秒鐘者為4級。級別的數(shù)字越大，材料越容易燃燒。GWIT灼熱絲發(fā)火溫度是Glowwireignitiontemparature的縮略語，是IEC規(guī)定的燃燒性指標(biāo)之一。GWFI灼熱絲燃燒指數(shù)是Glowwireflammabilityindex的縮略語，是IEC規(guī)定的燃燒性指標(biāo)之一

2023/2/561塑料的流變性能返回熔體流動速率：測量材料流速的均勻簡單情況下是分子量倒數(shù)的量度MFR和材料的加工性沒有必然的聯(lián)系。MFR實驗參數(shù)的選擇受控與流出長度2023