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一、塑料性能概述一、塑料性能概述
塑料性能特点:塑料性能特点: 塑料与传统的金属、玻璃、陶瓷等材料有许多不塑料与传统的金属、玻璃、陶瓷等材料有许多不
同,它的突出特点是质轻,对热及电具有良好绝同,它的突出特点是质轻,对热及电具有良好绝缘性.缘性.
强度、刚度虽低于金属,但比强度、比刚度却可强度、刚度虽低于金属,但比强度、比刚度却可能接近或超过金属。能接近或超过金属。
塑料的韧性明显优于玻璃和陶瓷、不同塑料的韧塑料的韧性明显优于玻璃和陶瓷、不同塑料的韧性可能低于、接近或高于金属。性可能低于、接近或高于金属。
对外加载荷的响应,金属、玻璃、陶瓷都是弹性对外加载荷的响应,金属、玻璃、陶瓷都是弹性的,塑料却是粘弹性的。的,塑料却是粘弹性的。
金属、玻璃、陶瓷的力学性能在较大温度金属、玻璃、陶瓷的力学性能在较大温度范围受温度影响较小,塑料力学性能对温范围受温度影响较小,塑料力学性能对温度改变却很敏感。度改变却很敏感。
湿度对金属、玻璃、陶瓷力学性能基本无湿度对金属、玻璃、陶瓷力学性能基本无影响,对塑料力学性能的影响却很明显。影响,对塑料力学性能的影响却很明显。
加载速率对金属等的力学性能有影响,对加载速率对金属等的力学性能有影响,对塑料力学性能影响更大。塑料力学性能影响更大。
金属大都存在锈蚀问题,许多塑料却是优金属大都存在锈蚀问题,许多塑料却是优异的防腐耐蚀材料。异的防腐耐蚀材料。
金属、玻璃、陶瓷皆无老化问题,塑料在金属、玻璃、陶瓷皆无老化问题,塑料在大气环境中却存在老化问题。大气环境中却存在老化问题。
一、塑料性能概述一、塑料性能概述 (2)(2)
塑料与金属等材料性能上的上述不同,源塑料与金属等材料性能上的上述不同,源于它们化学组成及结构的不同.也决定了于它们化学组成及结构的不同.也决定了塑料有其它材料所不能代替的应用领域,塑料有其它材料所不能代替的应用领域,它们的性能表征与测试也有自身的许多特它们的性能表征与测试也有自身的许多特点。因此,必须以了解塑料的基本组成和点。因此,必须以了解塑料的基本组成和结构为基础,了解塑料的性能表征与测试。结构为基础,了解塑料的性能表征与测试。
一、塑料性能概述一、塑料性能概述 (3)(3)
““ 表征”常用于评价塑料的分子或结构特表征”常用于评价塑料的分子或结构特性,表征手段如:性,表征手段如: GPCGPC ,, XX 光衍射,光衍射, NMRNMR ,,质谱,质谱, UVUV ,, IRIR ,, DSCDSC ,, TGATGA 等。等。
““ 测试”则用于塑料对外加负荷、环境等测试”则用于塑料对外加负荷、环境等作用所引起的响应行为的评价。“测试”作用所引起的响应行为的评价。“测试”并非仅限于塑料树脂性能的测试。除了测并非仅限于塑料树脂性能的测试。除了测试树脂之外,还常常测试树脂制成品塑料试树脂之外,还常常测试树脂制成品塑料制件的性能,以保证合适的最终产品使用制件的性能,以保证合适的最终产品使用性能的要求。性能的要求。
一、塑料性能概述一、塑料性能概述 (4)(4)
与结构特性有关的分析数据表征:包括分子参数,与结构特性有关的分析数据表征:包括分子参数,如:分子量、分子量分布、立构规整度、支化或如:分子量、分子量分布、立构规整度、支化或化学不均匀性、形态特性(如结晶度等)。分析化学不均匀性、形态特性(如结晶度等)。分析数据的表征主要是为了建立结构与性能之间的关数据的表征主要是为了建立结构与性能之间的关系,它对产品设计使之具备有所需的使用性能来系,它对产品设计使之具备有所需的使用性能来说是很重要的。说是很重要的。
选择材料所需的数据:产品技术数据表中的数据选择材料所需的数据:产品技术数据表中的数据一般只是一般只是单点单点数据,这对于材料的初步筛选与比数据,这对于材料的初步筛选与比较己是足够了,然而,这些数据对于设计和工程较己是足够了,然而,这些数据对于设计和工程分析,从道理上说则是不够的,因为这数据与产分析,从道理上说则是不够的,因为这数据与产品最终使用性能的关系不大,而且极难从中看出品最终使用性能的关系不大,而且极难从中看出在实际上如何用好塑料。在实际上如何用好塑料。
一、塑料性能概述一、塑料性能概述 (5)(5)
塑料测试的必要性:塑料测试的必要性: 1 .1 .评价材料的性能行为,以确定其对所需评价材料的性能行为,以确定其对所需
应用的适用性;应用的适用性; 2 2 .评价材料是否满足有关安全规定等要.评价材料是否满足有关安全规定等要
求;求; 3 3 .为了质量控制之目的,要评估各批产.为了质量控制之目的,要评估各批产
品之间质量及其一致性;品之间质量及其一致性; 4 4 .为了对用户的支持而作材料的专门评.为了对用户的支持而作材料的专门评
价。价。
一、塑料性能概述一、塑料性能概述 (5)(5)
材料性能行为的评价包括了解结构-性能之间的材料性能行为的评价包括了解结构-性能之间的关系以及比较一种产品与另一种产品的使用特性。关系以及比较一种产品与另一种产品的使用特性。
对于新产品的开发,了解结构与性能之间的关系,对于新产品的开发,了解结构与性能之间的关系,可深入探求其使用性能以便决定进一步努力开发。可深入探求其使用性能以便决定进一步努力开发。
所以说了解结构与性能的关系,使产品能满足使所以说了解结构与性能的关系,使产品能满足使用条件下的要求,对于材料设计与预测是很重要用条件下的要求,对于材料设计与预测是很重要的。而材料(产品)之间的性能比较对于寻找现的。而材料(产品)之间的性能比较对于寻找现用材料(产品)的替代物也是必要的。用材料(产品)的替代物也是必要的。
塑料性能应用塑料性能应用 (1)(1) :零配件装配设计相关的材料性:零配件装配设计相关的材料性能能
搭扣配合:拉伸模量 正割模量 蠕变模量 剪切模量搭扣配合:拉伸模量 正割模量 蠕变模量 剪切模量 泊松比 拉伸屈服应力 摩擦系数 泊松比 拉伸屈服应力 摩擦系数
螺栓连接:压缩强度 拉伸蠕变破裂应力 螺栓连接:压缩强度 拉伸蠕变破裂应力 拉伸蠕变应变 应力松弛* 拉伸蠕变应变 应力松弛*
螺纹连接:剪切强度 摩擦系数 拉伸屈服应力螺纹连接:剪切强度 摩擦系数 拉伸屈服应力 压配合:拉伸模量 压缩模量 蠕变模量 泊松比 压配合:拉伸模量 压缩模量 蠕变模量 泊松比
压缩强度 拉伸屈服应力 拉伸蠕变破裂应力 压缩强度 拉伸屈服应力 拉伸蠕变破裂应力 应力松弛* 应力松弛*
可焊接性:剪切强度 密度 摩擦系数 导热率 比热可焊接性:剪切强度 密度 摩擦系数 导热率 比热 结晶熔融温度 结晶熔融温度
塑料性能应用塑料性能应用 (2)(2) :与挤出过程相关的材料性能:与挤出过程相关的材料性能 玻璃化转变温度(无定形材料)玻璃化转变温度(无定形材料) 熔融温度(半结晶材料)熔融温度(半结晶材料) 熔融热焓(半结晶材料)熔融热焓(半结晶材料) 磨擦系数磨擦系数 导热率导热率 比热比热 熔体粘度熔体粘度 单轴拉伸粘度单轴拉伸粘度 结晶温度(半结晶材料)结晶温度(半结晶材料) 结晶热焓(半结晶材料)结晶热焓(半结晶材料) 结晶动力学(半结晶材料) 结晶动力学(半结晶材料)
二、塑料测试项目及相关标准二、塑料测试项目及相关标准世界上主要的标准世界上主要的标准 ASTM ― ASTM ― 美国材料试验学会标准美国材料试验学会标准 AFNOR ― AFNOR ― 法国标准化协会标准法国标准化协会标准 BSI ― BSI ― 英国标准协会标准英国标准协会标准 DIN ― DIN ― 德国标准化学会标准德国标准化学会标准 JlS ― JlS ― 日本工业标准日本工业标准 ISO ― ISO ― 国际标准化组织标准国际标准化组织标准 IEC ― IEC ― 国际电工技术委员会标准国际电工技术委员会标准
技术数据表中报告的塑料的主要性能技术数据表中报告的塑料的主要性能 (1)(1)
性能 ISO方法 ASTM 方法 GB方法
比重/密度ISO 1183
D7292
GB/T 1033
D1505 (聚烯烃)
吸水率 ISO 62D570
GB/T 1034
熔体流动速率( MFR ) ISO 1133 D1238 GB/T 3682
模塑收缩率
ISO 294―4 (热塑性塑料) D955 GB/T 17037.4
ISO 2577 (热固性塑料)
拉伸强度 ISO 527―1 , 2 D638 GB/T 1040
技术数据表中报告的塑料的主要性能技术数据表中报告的塑料的主要性能 (2)(2)
性能 ISO方法 ASTM 方法 GB方法
弯曲强度 ISO 178 D790 GB/T 9341
悬臂梁冲击强度 ISO 180 D256 GB/T 1843
仪器化落锤冲击强度
ISO 6603―2
D3763
弯曲负载热变形温度
ISO 75―1 , 2
D648 GB/T 1634
维卡软化温度 ISO 306
D1525
GB/T 1633
热膨胀系数
ISO 11359―2
E831
GB/T 1036
结构分析相关的材料性能测试 结构分析相关的材料性能测试
测试性能 ISO ASTM
拉伸性能 ISO 527―1 , 2 和 4 D638
泊松比 ISO 527―1 , 2 D638
压缩性能 ISO 604 D695
剪切模量 ISO 6721―2 , 5 D5279
拉伸蠕变 ISO 899―1 D2990
摩擦系数 ISO 8295 D3028
弯曲蠕变 ISO 899―2 D2990
压缩蠕变 D2990
断裂韧性 ISO 13586―1 D5045
加工相关的材料性能的表征加工相关的材料性能的表征 (1)(1)测试方法 ISO ASTM
熔体粘度―切变速率数据 ISO 11443 D 3835
热固性塑料的反应粘度 ISO 6721―10 单轴拉伸粘度 ISO 6721―10 第―法向应力差 ISO 6721―10 熔体密度 D 3835
堆积密度 ISO 61 D 1895
密度―反应体系 PVT 数据 ISO 1183 D 792
导热率 D 5930
模塑收缩率: 热塑性塑料 ISO 294―4 D 955
热固性塑料 ISO 2577 面内剪切模量 ISO 6721―2或 7
加工相关的材料性能的表征加工相关的材料性能的表征 (2)(2)
测试方法 ISO ASTM
比热 ISO 11357―4 玻璃化转变温度 ISO 11357―2
结晶温度 ISO 1357―3 结晶度 ISO 11357―5 熔融焓 ISO 11357―5 D 3417
结晶焓 ISO 11357―5 D 3417
结晶动力学 ISO 11357―7 D 3417
热固性塑料的反应热 ISO 11357―5 D 4473
热固性塑料的反应动力学 ISO 11357―5 D 4473
胶凝转化率 ISO 11357―5 线性热膨胀系数 ISO 11359―2 E 831
塑料性能测试塑料性能测试 物理化学性质;物理化学性质; 力学性能,也称机械性能;力学性能,也称机械性能; 热性能;热性能; 电性能;电性能; 耐老化性能;耐老化性能; 气体透过性能;气体透过性能; 光学性能。光学性能。
塑料物理化学性质测试塑料物理化学性质测试 密度和相对密度: 浸渍法、比重瓶法、浮沉法、密度和相对密度: 浸渍法、比重瓶法、浮沉法、 密密
度梯度法。度梯度法。 吸水性:试样在经过下燥后,在规定的试样尺寸、规定的吸水性:试样在经过下燥后,在规定的试样尺寸、规定的
温度、规定的浸水时间下的吸水量。温度、规定的浸水时间下的吸水量。 耐化学药品性:塑料耐酸、耐碱、耐溶剂和其他化学品的耐化学药品性:塑料耐酸、耐碱、耐溶剂和其他化学品的
能力。能力。
密度和相对密度 密度和相对密度 ISO 1183ISO 1183 ASTM D 792 ASTM D 792
ASTM D 1505ASTM D 1505 GB/T 1033 GB/T 1033
吸水性 吸水性 ISO 62 ISO 62 ASTM D 570 ASTM D 570 GB/T 1034 GB/T 1034
耐化学药品性 耐化学药品性 ISO 175 ISO 175 ASTM D 543 ASTM D 543 GB/T 11547 GB/T 11547
塑料力学性能测试塑料力学性能测试 (1)(1)
塑料受到外力作用时,由于外力的种类、方向、塑料受到外力作用时,由于外力的种类、方向、作用力的大小、速度等不同,会出现不同的形变作用力的大小、速度等不同,会出现不同的形变和破坏。和破坏。
在较慢速度的外力作用下,材料呈现静态力学性在较慢速度的外力作用下,材料呈现静态力学性能,如拉伸强度、压缩强度、剪切强度、弯曲强能,如拉伸强度、压缩强度、剪切强度、弯曲强度、扭断强度、硬度等;度、扭断强度、硬度等;
而在高速度、瞬间外力作用下,材料呈现动态力而在高速度、瞬间外力作用下,材料呈现动态力学性能,如冲击强度;学性能,如冲击强度;
在一定拉伸应力或压缩应力长时间作用下,材料在一定拉伸应力或压缩应力长时间作用下,材料发生的形变称为蠕变,可测定与材料长期连续使发生的形变称为蠕变,可测定与材料长期连续使用性能相关的耐久性.而此时材料破坏所需的载用性能相关的耐久性.而此时材料破坏所需的载荷比静态力学性能要低得多;荷比静态力学性能要低得多;
塑料力学性能测试塑料力学性能测试 (2)(2)
在周期性外力作用下,材料将出现疲劳,可推测在周期性外力作用下,材料将出现疲劳,可推测材料的使用寿命,此时的载荷也比静态力学性能材料的使用寿命,此时的载荷也比静态力学性能要低。要低。
这些力学性能也受到周围环境这些力学性能也受到周围环境 ((如温度、湿度、如温度、湿度、光照、水、空气或接触化学药品等光照、水、空气或接触化学药品等 ))的影响,而的影响,而且塑料的力学性能对温度和湿度的变化又往往特且塑料的力学性能对温度和湿度的变化又往往特别敏感.别敏感.
塑料力学性能测试常用项目塑料力学性能测试常用项目 拉伸性能:拉伸弹性模量;拉伸强度;断裂伸长率;泊松拉伸性能:拉伸弹性模量;拉伸强度;断裂伸长率;泊松
比。比。 弯曲性能:弯曲弹性模量;弯曲强度。弯曲性能:弯曲弹性模量;弯曲强度。 压缩性能:压缩弹性模量;压缩强度。压缩性能:压缩弹性模量;压缩强度。 撕裂性能:撕裂强度。撕裂性能:撕裂强度。 摩擦和摩损。摩擦和摩损。 剪切性能:剪切强度。剪切性能:剪切强度。 抗冲击性能:简支梁;悬臂梁;落锤;落球;仪器化落镖抗冲击性能:简支梁;悬臂梁;落锤;落球;仪器化落镖法;拉伸冲击。法;拉伸冲击。
硬度:球压痕;布氏硬度;洛氏硬度。硬度:球压痕;布氏硬度;洛氏硬度。 粘接性能。粘接性能。 耐疲劳性。耐疲劳性。 蠕变和应力松弛。蠕变和应力松弛。
塑料力学性能测试常用标准塑料力学性能测试常用标准 (1)(1)
拉伸性能 ISO 527 ASTM D 638 GB/T 1040-2006
压缩性能 ISO 604 ASTM D 695 GB/T 1041
弯曲性能 ISO 178 ASTM D 790 GB/T 9341
悬臂梁冲击 ISO 180 ASTM D 256 GB/T 1843
简支梁冲击 ISO 179 GB/T 1043
仪器化落镖法冲击 ISO 6603 ASTM D 3763
摆锤冲击 ASTM D 3420 GB/T 8809
塑料力学性能测试常用标准塑料力学性能测试常用标准 (2)(2)
撕裂强度 ISO 6383 ASTM D 1004 GB/T 16578
硬度 ISO 2039 ASTM D 785 GB/T 2411
GB/T 3398 GB/T 9342
摩擦磨耗
ISO 8295
ISO 5470 ASTM D 1044
GB/T 3960 GB/T 19089
GB/T 5478
粘接性能 ISO 15509 ASTM D 3164
ASTM D 3163GB/T 16276
塑料热性能测试塑料热性能测试 (1)(1)
(1)(1)与热传导有关的物理量,如比热容、热导率、与热传导有关的物理量,如比热容、热导率、比容比容 (( 反映热膨胀反映热膨胀 ))和热膨胀系数、收缩率等;和热膨胀系数、收缩率等;
(2)(2) 伴随温度变化发生相态变化伴随温度变化发生相态变化 (( 固化、软化、熔固化、软化、熔融等融等 ))的性质.如玻璃化转变温度的性质.如玻璃化转变温度 (( 简称玻璃化温简称玻璃化温度,度, Tg)Tg)、结晶熔点、结晶熔点 (Tm)(Tm)、结晶温度和成型特征、结晶温度和成型特征有关的性质,如粘度―温度特性、剪切速率―温有关的性质,如粘度―温度特性、剪切速率―温度特征、熔体流动速率度特征、熔体流动速率 (MFR)(MFR)、流出量、流出量 (( 流出长流出长度、质量度、质量 )―)―温度特征等;温度特征等;
塑料热性能测试塑料热性能测试 (2)(2)
(3)(3)与耐热性有关的性质,如随温度变化引起的耐与耐热性有关的性质,如随温度变化引起的耐热变形性热变形性 ((热变形温度、维卡软化点、软化温度热变形温度、维卡软化点、软化温度 ))、、尺寸稳定性尺寸稳定性 (( 线膨胀系数、热膨胀率、热收缩率、线膨胀系数、热膨胀率、热收缩率、热失重、结晶度或固化度―温度特性热失重、结晶度或固化度―温度特性 ))、机械性、机械性质及其他性质的变化质及其他性质的变化 ((如机械性质―温度特性即如机械性质―温度特性即耐热性、脆化温度即耐寒性、电性能等各种物性耐热性、脆化温度即耐寒性、电性能等各种物性―温度特性―温度特性 ))、随温度变化而变化的耐化学药品、随温度变化而变化的耐化学药品性,如起泡、开裂、变色、失去透明性等外观性性,如起泡、开裂、变色、失去透明性等外观性能和热分解温度、热失重等热稳定性等。能和热分解温度、热失重等热稳定性等。
(4)(4) 燃烧性,如外观变化、燃烧速率及变化。燃烧性,如外观变化、燃烧速率及变化。
塑料热性能测试常用项目塑料热性能测试常用项目 熔体质量流动速率和熔体体积流动速率;熔体质量流动速率和熔体体积流动速率; 维卡软化点(维卡软化点( VSTVST );); 热变形温度(热变形温度( HDT)HDT) ;; 玻璃化转变温度和熔点(结晶行为);玻璃化转变温度和熔点(结晶行为); 热膨胀系数;热膨胀系数; 动态力学性能(动态力学性能( DMA)DMA) ;; 热失重(热失重( TGTG );); 脆化温度;脆化温度; 流变行为:转矩流变仪,毛细管流变仪流变行为:转矩流变仪,毛细管流变仪 , , 旋转流旋转流
变仪;变仪; 燃烧与阻燃性能:氧指数法;炽热棒法;垂直燃燃烧与阻燃性能:氧指数法;炽热棒法;垂直燃烧;水平燃烧。烧;水平燃烧。
塑料热性能测试常用标准(塑料热性能测试常用标准( 11 ))MFR 和 MVR ISO 1133 ASTM D 1238 GB/T 3682
VST ISO 306 ASTM D 1512 GB/T 1633
HDT ISO 75 ASTM D 648 GB/T 1634
DSC ISO 11357 ASTM D 3417 GB/T 19466
TMA ISO 11359 ASTM E 831 GB/T 1036
DMA ISO 6721
TG ISO 11358
脆化温度; ISO 974 ASTM D 746
ASTM D 1790
GB/T 5470
塑料热性能测试常用标准(塑料热性能测试常用标准( 22 ))
流变行为
转矩流变仪 ASTM D3795
毛细管流变仪 ISO 11443
ASTM D 3835
旋转流变仪 ISO 6721-10ASTM D
4440
燃烧性能
氧指数法 ISO 4589 ASTM D2863 GB/T 2406
炽热棒法 GB/T 2407
垂直燃烧 ISO 1210ASTM D
3014GB/T 2408
水平燃烧 ISO 1210 ASTM D 635 GB/T 2408
塑料电性能测试塑料电性能测试 塑料的电性能特别易受温度、湿度的影响,因此测出的值塑料的电性能特别易受温度、湿度的影响,因此测出的值误差很大,所以对试验片的使用、试验操作要十分注意,误差很大,所以对试验片的使用、试验操作要十分注意,必须严格遵守试验方法。必须严格遵守试验方法。
体积电阻率 IEC 60093
ASTM D 257
GB/T 1410
介电强度 IEC 60243
ASTM D 149
介电常数 IEC 60250
ASTM D 150
GB/T 1409
介质损耗因数 IEC 60250
ASTM D 150
GB/T 1409
塑料耐老化性能测试塑料耐老化性能测试 塑料在使用、加工及贮存过程中,由于受到外界因素包括塑料在使用、加工及贮存过程中,由于受到外界因素包括物理的(热、光、电、辐射能、机械应力等),化学的物理的(热、光、电、辐射能、机械应力等),化学的(氧、臭氧、雨水、潮气、酸、盐雾等)及生物的(霉菌、(氧、臭氧、雨水、潮气、酸、盐雾等)及生物的(霉菌、细菌等)各方面的作用,而会引起化学结构的破坏,使原细菌等)各方面的作用,而会引起化学结构的破坏,使原有的优良性能丧失的现象称为老化。有的优良性能丧失的现象称为老化。
实验室光源曝露 ISO 4892
GB/T 16422
大气自然暴露 ISO 877ASTM D
1435GB/T
3681
热空气暴露 GB/T 7141
湿热暴露 ISO 4611
GB/T 12000
塑料扩散与渗透性能测试塑料扩散与渗透性能测试
高分子聚合物制作的薄膜或薄片,对水蒸气和各高分子聚合物制作的薄膜或薄片,对水蒸气和各种气体(如;氧气)有良好的阻隔性,也可有良种气体(如;氧气)有良好的阻隔性,也可有良好的气体透过性。好的气体透过性。
透气性 透气性 ISO 2556 ISO 2556 ASTM D ASTM D 1434 1434
GB/T 1038 GB/T 1038
透水蒸气透水蒸气性 性
ASTM E ASTM E 96 96
GB/T 1037 GB/T 1037
塑料光学性能测试塑料光学性能测试 塑料的光学性能指颜色、光泽、透明性及折射率。塑料的光学性能指颜色、光泽、透明性及折射率。
透光率,雾度透光率,雾度 ASTM D 1003ASTM D 1003,, GB/T 2410GB/T 2410
塑料测试结果的影响因素塑料测试结果的影响因素 (1)(1) 影响塑料试验结果的因素很多,有它内在的原出(例如塑影响塑料试验结果的因素很多,有它内在的原出(例如塑
料本身的分子量大小及分布、结构和取向程度、内部缺陷料本身的分子量大小及分布、结构和取向程度、内部缺陷等)。亦有它外在的因素(例如试样制备过程、试验环境等)。亦有它外在的因素(例如试样制备过程、试验环境温度、加载的速率等)。温度、加载的速率等)。
(( 11)试样制备:加工缺陷、成型条件等。)试样制备:加工缺陷、成型条件等。 (( 22)试样的状态调节:)试样的状态调节: GB/T 2918GB/T 2918-- 19981998