工程材料标准和测试.ppt

中国工程塑料网 工程塑料的标准和测试 *1中国工程塑料网 要讲述的主题 u国际标准化组织和标准代号 u塑料行业主要涉及到的标准 u塑料的力学性能 u塑料的热学性能 u塑料的电学性能 u塑料的光学性能 u塑料的颜色表征 u塑料的燃烧性能 u塑料的流变性能 u塑料的耐侯性能 Date2中国工程塑料网 主题深度 u介绍基本情况 u实验的定义、意义 u标准的差别 u经常遇到的问题 Date3中国工程塑料网 国际化标准组织和标准代号 返回 uISO 国际标准化组织 uIEC 国际电工委员会 电工标准、电气、电子工程 uUL 美国保险业试验所 安全标准（电气、防盗、事故、防火、船舶工业） uITU 国际电信联盟 四大国际性组织 非政府 Date4中国工程塑料网 塑料行业主要涉及到的标准 返回 uASTM 美国材料与试验协会 1902年成立 材料性能和试验 是国际标准的主要来源 uDIN 德国标准化学会 EN（欧洲标准化委员会）的主体 uANSI 美国国家标准学会 1982年成立 uBSI 英国标准学会 uGB 中国国家标准学会 GB/T推荐标准 uJIS 日本工业标准调查会 uVW 德国大众公司标准 uGME 通用汽车标准 uES 日本三菱 区域性组织 非政府 政府 企业 Date5中国工程塑料网 其他常见的和塑料有关的国外组织代号 代号含义负责 机构 API美国石油学会标准美国石油学会（API） ASME美国机械工程师协 会标准美国机械工程师协 会（ASME） BS英国国家标准英国标准学会（BSI） DIN德国国家标准德国标准化学会（DIN） NF法国国家标准法国标准化协会(AFNOR) SAE 美国机动车 工程师协 会标 准 美国机动车 工程师协 会（SAE） VDE德国电气工程师协 会标准德国电气工程师协 会标准（VDE） Date6中国工程塑料网 常见的汽车行业标准 标准代号组织机构 DelphiDelphi汽车内部标准 Delta-Delta Delta-Delta汽车公司标准 FMVSS 联邦机动车辆 安全标准 Ford福特汽车公司标准 GMB 通用汽车巴西 GMNA 通用汽车北美 GMW通用汽车工程规格 Holden-Holden Holden-Holden公司标准 ISUZU铃木汽车公司标准 JAGUAR美洲虎汽车公司标准 NAVISTAR 国际卡车和发动机公司标准 OPEL欧宝汽车公司标准 SAE 美国机动车工程师协会标准 Date7中国工程塑料网 在我国塑料常用的标准 Date8中国工程塑料网 我 国 和 塑 料 有 关 的 标 准 代 号 行业标准名称行业标准代号主管部门 林业LY国家林业局 轻工QB国家轻工业局 纺织FZ国家纺织工业局 石油天然气ST国家石油和化学工业局 化工HG国家石油和化学工业局 石油化工SH国家石油和化学工业局 建材JC国家建筑材料工业局 地质矿产DZ国土资源部 汽车QC国家机械工业局 民用航空MH中国民航管理总局 兵工民品WJ国防科工委 船舶CB国防科工委 航空HB国防科工委 航天QJ国防科工委 铁路运输TB铁道部 交通JT交通部 电子SJ信息产业部 物资管理WB国家国内贸易局 卫生WS卫生部 包装BB中国包装工业总公司 Date9中国工程塑料网 塑料的力学性能 返回 u力学性能的测试表征 应力值 应变值 应变速率 时间 温度 应力形式 Date10中国工程塑料网 塑料的力学性能 返回 u刚性和柔性 基础实验：拉伸试验、压缩试验、剪切试验 复合实验：弯曲试验、蠕变、疲劳、应力松弛等 u弹性 比例极限 硬度 u韧性和脆性（缺口敏感性） 冲击实验（简支梁、悬臂梁、拉伸冲击/落重冲击/高速冲击） J积分实验 高速拉伸实验 Date11中国工程塑料网 刚性的表征 u完整的刚性表征应是材料在不同方向上拉伸模量和 剪切模量组成矩阵的模 uC11也叫拉伸杨氏模量，使用的最多 u同一材料因为应力-应变模式一致，因此可用强度来 部分代替模量表征刚性 u塑料的拉弯实验数据不能直接用于工程设计。 1）粘弹态的存在是根本原因 2）形状因子A0的介入 Date12中国工程塑料网 塑料的刚性试验 返回 标准IS0 DI N GBASTM 拉伸 试验 104mm哑铃型 12.73.2mm 哑铃型 弯曲 试验 80104mm 101.612.7 3.2mm 压缩 试验 细长比 10，高 30mm 301 510 mm 24.512.71 2.7mm 几种标准的试样区别 Date13中国工程塑料网 塑料的力学性能拉伸试验 返回 比例极限 Date14中国工程塑料网 拉伸试验的典型图谱 u弹性段非常小 u屈服强度和断裂强度的选取 u超轫材料的伸长率试验现有标准无法满足 （新型拉伸样条） Date15中国工程塑料网 拉伸实验中常见的错误 Date16中国工程塑料网 弯曲应力是使用中最常见的应力模式 u弯曲应力是拉伸和压缩的复合应力 u弯曲实验有三点弯曲和四点弯曲之分 u弯曲实验中的饶度应根据样条实际尺寸选取 Date17中国工程塑料网 弯曲强度和拉伸强度的关系 Date18中国工程塑料网 弯曲模量GB/T9341-2000 塑料弯曲性能试验方法 u弯曲应力 u弯曲应变 u给定弯曲应变0.0005和0.0025，求取相应弯曲应力 u对应饶度s为0.085mm和0.427mm，分辨率为0.005mm的仪器，理论误差就高达2%，所以标准规定模量要取3位有效数字。 Date19中国工程塑料网 弯曲模量测试中存在的问题 u许多拉力机软件中模量的计算是和国标要求不同 的。 1）力值有效范围， 标准的隐含要求最小力值能达到0.1N 2）取样点 双点取样 3）取样频率 3.11注3：能借助计算机用两个不同的应力/应变点测量 模量，即把这两点间的曲线经线形回归后来表 示 最小取样频率需要400Hz Date20中国工程塑料网 两个弯曲的测试标准区别 uGB/T9341-2000塑料弯曲性能试验方法（ 等同采用IS0178-1993），适用于热塑性模塑和 挤塑材料，热固性模塑材料，纤维增强热固性 和热塑性复合材料与热致液晶聚合物，不适合 硬制微孔材料和含有微孔材料得夹层结构材料 ； uGB1449-1983玻璃纤维增强塑料弯曲性能试 验方法适用于玻璃纤维织物增强塑料板材和 短切玻璃纤维增强塑料 适 用 范 围 Date21中国工程塑料网 两个弯曲的测试标准区别 试验 参数GB/T9341GB1449 样 条 尺 寸 长l=802mml120mm 宽b=10.00.2mmb=150.5mm 高h=4.00.2mmh=60.2mm 压 头 尺 寸 上 压 头 R1=5.00.1mmR1=5.00.1mm 下 压 头 R2=2.00.2mm（试样 厚 度h3mm） R2=5.00.2mm（试 样厚度h3mm） R2=0.50.2mm（试样 厚 度h3mm） R2=2.00.2mm（试样 厚度h3mm） 试验 速率v=2mm/min v=10mm/min（弯曲强度） v=2mm/min（弯曲模量 ） Date22中国工程塑料网 弯曲强度中剪应力的修正 u饶度很大时，支座的反作用力有水平分力，对结 果有影响，应采用下面的公式进行修正。 u标准中默认的误差是3.5% Date23中国工程塑料网 关于试验速率 u弯曲性能的试验速度主要取决于试样测试时的受 力点处外部纤维的应变速率Sr。GB/T9341中要求 应变速率Sr应尽可能接近1%/min， u速度允差为20%（v10mm/min）和10%（ v10mm/min），应是有样条时的情况 ASTM ISO Date24中国工程塑料网 关于拉力机的选型问题 u最大力值：拉、弯：20000N 压缩：50000N u最小力值：0.1N u引伸计：0.05mm u测力精度：0.01N u饶度精度： 0.005mm u速度精度： 0.1mm/min u取样频率：400Hz Date25中国工程塑料网 塑料的弹性试验 返回 u回弹硬度 洛氏硬度（Rockwell）：不同试验力作用下的压入深度 差。 邵氏回弹硬度 u压痕硬度 球压痕硬度/布氏（Brinell）硬度：标准试验力作用下 单位压痕 面积承受的压力 MPa 邵/肖氏硬度（Shore）：规定时间时针压深度（无单位） 维氏（viekers）硬度等 u针划硬度 莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度 Date26中国工程塑料网 塑料的弹性试验 返回 几种标准的试样区别 标准IS0GBDINASTM 球压 痕 硬 度 厚度=4mm 洛氏 硬 度 厚度6mm 厚度 6.3 5mm 邵氏 硬 度 厚度 6m m 厚度 5 mm 厚度 6m m Date27中国工程塑料网 洛氏硬度 u初始实验力的加载是为 了消除表面不平整对试 验结果的影响 u试样的平整度对测试结 果有很大影响，标准中 无要求。 u不能忽视边缘效应。 u重叠试样会使数据的变 异系数增加。 Date28中国工程塑料网 邵氏硬度 u邵氏硬度和材料的耐划伤性能相 关。 u邵氏A：软塑料 PE、POE、PU、PVC 邵氏D：较硬的塑料 PP、ABS u如果试验表征不是弹性而是耐划 伤性质的情况下，硬塑料测试邵 氏硬度也是有意义的。 uA硬度压针长度2.50mm，针头 1.25mm，面积1.23mm2 Date29中国工程塑料网 雷诺-标致耐划伤实验 PSA D421755 Date30中国工程塑料网 塑料的韧性试验 u和刚性试验相比，韧性试验的主要区别在于 应变速率的不同 。 u不同的冲击试验方式，主要的区别是实现冲 击的方式、试样的受力模式和试样获取的初 始能量之间的差异。 u冲击模式中，近代逐渐引入单轴和多轴的区 别，多轴冲击更能表征材料的实际受力情况 。 u塑料的冲击试验是最繁杂的，现在已有的冲 击试验标准高达500个。 Date31中国工程塑料网 塑料的韧性试验 返回 u冲击强度：单位面积上吸收的能量 W=W变形能 +W断裂引发能 +W断裂扩展能 +W试样飞出功 +W试验能耗 韧性 缺口敏 感性 延性 Date32中国工程塑料网 塑料的力学性能 返回 几种标准的试样区别 标准 IS0DINGBASTM 简 支 梁 80104mm 7515/103mm 33/4510/153m m 缺口：V、U 1201510m m 5064mm 缺口：U 无缺口：冲击韧性 有缺口：冲击强度 80104mm 5064mm 1201510mm 1251313mm 缺口：U、V 12712.73.2m m 12712.76.4m m 缺口：V 悬 臂 梁 80104mm 63.512.712.7m m 63.512.76.4m m 63.512.73.2m m 缺口：V 80104mm 63.512.712.7m m 63.512.76.4m m 63.512.73.2m m 缺口：V 无缺口 25.412.71.6m m 缺口 12712.73.2m m 12712.76.4m m 缺口：V Date33中国工程塑料网 冲击试验中常遇到的问题返回 u 冲击的区别不同试验数据没有明显关系 简支梁弯曲应力 悬臂量剪切应力 拉伸冲击拉伸应力 uJ/m和KJ/m2的区别 J/m除以以毫米为单位的宽度数据为KJ/m2 u缺口和无缺口的区别 缺口试验中，试样的W变形能约为零。 u对脆性材料测量简支梁无缺口冲击是失效的。 u冲击测试中NB要求应指出测试条件。 Date34中国工程塑料网 冲击试验中常遇到的问题 u冲击锤的自然位置调整常常被忽略 u冲击试验中预仰角的校准是非常关键的。 u简支梁冲击试验中的跨厚比70/4=17.5 Date35中国工程塑料网 弯曲试验和间支梁冲击试验 Date36中国工程塑料网 J积分试验 u可以精确表征W断裂引发能的情况。 u采用三点弯曲试验，在预制缺 口的情况下，加以不同的负荷， 求取应力-应变曲线的面积表征能量。 u J积分定义：一组名义上相同(即外形相同,只有裂纹 长度不 同)的试样,单调地加载相同位移时,所需要的形 变变化率： 式中:B为试样厚度,mm;a为裂纹长度,mm。 Date37中国工程塑料网 几种实验的应变速率比较 u拉伸/弯曲 2mm/min=0.00003m/s u高速拉伸试验500mm/min=0.008m/s u简支梁： 2.9m/s（冲击能量4J） 3.8m/s（冲击能量4J） u悬臂梁： 3.5m/s u落重法：0.5m 3.13m/s 1m 4.42m/s 2m 6.26m/s Date38中国工程塑料网 塑料的热性能 返回 u高温热性能 短期：热变形温度、维卡、扭摆 长期：长期耐热、UL温度指数、高温蠕变 u低温热性能 冲击脆化温度 u导热性和热膨胀性 u尺寸稳定性 Date39中国工程塑料网 塑料的热性能 返回 标准IS0GBDINASTM 热变 形 80： 10： 4mm 120： 10： 15m m 110： 3.0-4.2 ： 9.8- 15m m 127： 3.2- 12.7 ： 12.7m m 维卡厚度36mm 厚度 36.4m m 厚度= 3.05m m 几种标准的试样区别 Date40中国工程塑料网 热变形温度 u热变形温度：高温失去刚性的可能。 1.80/0.45/8.00：没有区别，主要看材料应用时受力的大小。 K=T1.8/T0.45 可以看作是材料失去刚性的量度。 u测试前样条一定要进行热处理去除内应力，否则数据不 实。 u可以和弯曲试验进行类比，可以看出温度-负荷的等同效 应。 u热变形温度测试中的跨厚比 GB 6.7 IS0 6 ASTM 7.8 Date41中国工程塑料网 热变形温度 u热变形温度的饶度（变形量）是按按照不同高度 的试样在试验中达到相同的弯曲弹性模量时的换 算值。 GB 0.45MPa E=232MPa 1.81MPa E=933MPa Date42中国工程塑料网 维卡软化点 u维卡软化点：表征材料热软化品质。 u维卡实验和邵氏硬度实验有可比性。 u对于结晶性塑料，维卡软化点和材料的玻璃化 转化温度相关。 u负荷 5kg 4.90MPa 1Kg 0.98MPa Date43中国工程塑料网 UL温度指数（RTI） u RTI值：表征聚合物长期处于高温下材料保持 其特性的指标，是材料热寿命的量度。（ UL746B） u聚合物在规定温度下老化后性能下降50% uRTI值分机械性能和电性能两种表达方式。 u RTI值可以较为准确地把握材料在高温下的的 长期使用能力。 Date44中国工程塑料网 塑料的电学性能 返回 u介电强度：绝缘性的表征。 （击穿电压/厚度） IS0等：10020.1mm ASTM：1001.6mm u介电常数：材料的储电能力 电容器：越高越好； 绝缘体：越低越好 Date45中国工程塑料网 塑料的电学性能 u介电损耗因子： 电损耗的量度 u表面电阻率：阻止绝缘体 延表面泄露电流的能力 取决于式样的清洁度 1004mm 单位： u体积电阻率：阻止绝缘体 延纵向泄露电流的能力 100mm 单位：cm Date46中国工程塑料网 塑料的电学性能 u耐电弧性：抵抗高压电弧的能力。 10024mm HAI 高电流弧的发火性 HVTR 高电压电弧起痕速度 D495 ASTM- D495高电压低电流电弧起痕速度 Date47中国工程塑料网 漏电起痕指数 uCTI相比耐漏电起痕指数 是Comparative tracking index的缩略语，是表示耐漏 电性的指标。在对绝缘物表面施加电压的状态下，使电解 液滴落于电极间的成型品表面，评价到何电压为止不发生 漏电破坏。按照耐压值从0到5进行分级。数字越小，耐漏 电性越高。 uPTI保证耐漏电起痕指数 Proof tracking index的缩略语。试验方法本身与CTI相 同。目前，对每一个耐压值从0到5进行分级。 uPTI与CTI的不同之处在于： CTI改变施加的电压，求得材 料的最大耐压值，从而决定起痕指数。而PTI所试验的电 压是一个点，只表示该点是否能耐受住电压。换言之，假 设PTI为150V，则说明该材料的漏电起痕性能耐受到150V ，而且实际中可能比该值还高。另一方面，由于CTI求的 是最大耐压值，不会具有大于标注值的实力。 Date48中国工程塑料网 塑料的光学性能 返回 u折光指数：=SIN（入射角）/SIN（折射角） 阿贝折光仪 透明塑料PC、PET、PP u透光率：=光通量（透射光）/光通量（入射光） 分光光度计，表征材料阻碍光线穿透的性能 u雾度：透射光因散射而偏离入射光方向的透光百分比。 u折光指数、透光率和材料的结晶度相关；雾度和材料的 表面缺陷、密度变化、杂质有关。透光率和雾度没有明 显关系。 u光弹性：在不同应力下材料发生双折射现象。 u镜面光泽度：镜面方向的反射率 Date49中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 u三刺激值：任何颜色都能分解成标准红（650nm）、 标准绿（550nm）和标准蓝（450nm）三原色的组合。 u白度：不透明近白色材料颜色接近纯白的程度，常用蓝 光白度 u黄色指数：透明、半透明或近白色的塑料在C光源下偏 离白 色的程度。 黄色指数的背板问题 Date50中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 uA光源：白炽光，标准照明体，色 温2854K uB光源：接近太陽直射的燈光，近 乎正午的日光。 色温4870K uC光源：接近晴天斜射的白昼光， 相當於晴天 時的平均昼光 或阴天日光，色温 6740K uD光源：自然白昼光 D65：色温6500K的CIE白昼光（涂料、塑料、纺织） D50：色温5000K的CIE白昼光（印刷、计算机工业） uF光源：标准冷白照明体、暖白照明体等。 F2：冷白荧光 F7、F8：白昼光荧光 F11：窄带荧光 Date51中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 u表征一个颜色需要三个数据 色调：红、绿、蓝色或组合色之一 明度：从黑色到白色的一系列灰色之一 彩度：颜色偏离相同灰色的程度 u色空间是不均匀的，但测色空间是均匀的，因 此，用色差来表征颜色偏离的程度和目视判断 之间没有相关性。 u对于中性色（黑、白、灰），推荐用LAB色差 ，对于彩色，推荐用LCH色差。 Date52中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 H C L Date53中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 饱和度=彩度/明度 Date54中国工程塑料网 塑料的颜色表征 返回 CIELAB均匀色空间 Date55中国工程塑料网 塑料的燃烧性能 u着火的三大要素：氧气、火源和环境温度 u火灾损失预防的过程 点火过程 火焰传播过程 延表面传播 本身的燃烧速度 过程放热 滴落引燃 烟雾生成 Date56中国工程塑料网 塑料的燃烧性能 返回 u点燃性能：耐灼烧实验：高温灼烧 点燃温度试验：自燃的最低温度 氧指数：室温点燃材料的最小氧浓度 u火焰传播性能：表面燃烧试验 辐射面版 烟道试验 u火焰持续性能：UL-94 注重燃烧时间（速度）、滴 落性 u烟雾生成性能：烟密度 Date57中国工程塑料网 UL94燃烧试验 u分为水平燃烧、垂直燃烧和5V燃烧三种方式 Date58中国工程塑料网 UL 94 试 验 选 择 Date59中国工程塑料网 塑料的氧指数实验 u氧指数实验可以 识别UL94V0材 料的区别 u氧指数实验数据 和垂直燃烧实验 数据有一定的相 关性。 u基本上，材料的 常温氧指数和阻 燃剂含量的平方 根成正比。 样条尺寸：80104mm Date60中国工程塑料网 UL的其他燃烧试验 uHAI 高电流弧的发火性 使高电流电弧在试片旁边飞过。根据到燃烧为止所 需要的飞过次数，将材料难燃性分级。级别数字越小， 材料越难以燃烧。 uHWI 热金属丝的发火性 是Hot wire ignition的缩略语。将镍丝缠绕在试片上 ，使规定电流从中通过。按照到开始燃烧的时间，将材 料难燃性分级。到开始燃烧的时间12分钟者为1级。到 开始燃烧的时间715秒钟者为4级。级别的数字