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高分子材料性能测试 塑料物性表解读 作者交流方式 nigq 1 目录 Contents 物理性能 1 1 硬度1 2 成型收缩率1 3 吸 含水率 热性能 2 1 热膨胀系数2 2 熔融流动指数2 3 热变形温度2 4 维卡软化温度2 5 水平垂直燃烧2 6 灼热丝起火 3 1 拉伸测试3 2 弯曲测试3 3 冲击测试 力学性能 电性能 4 1 漏电起痕指数4 2 体积电阻率4 3 表面电阻率4 3 介电常数4 3 介电强度 2 硬度 材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称为硬度 反应材料软硬程度 高分子材料领域常用的是邵氏硬度和洛氏硬度 邵氏硬度一般用于橡胶类材料上 硬度范围在20 90之间 如果超过邵A硬度90 则选用邵D硬度计测试 如果低于绍D硬度20 则选用邵A硬度计测试 邵A硬度计 0 79mm 负载1Kg 样品厚度大于5mm 适合软质的塑料和橡胶邵D硬度计 0 20mm 负载5Kg 样品厚度大于5mm 适合较硬的塑料和橡胶洛氏硬度测试方法 用试验钢球能在被测物上砸上痕迹时硬度计表盘上所显示的数值即为硬度值 适用于硬度高的工程塑料和金属材料 1 1 硬度 Hardness 洛氏硬度计 邵氏硬度计及A D型压头 3 成型收缩率 注塑成型时 树脂经加热熔融后体积膨胀 体积膨胀的熔融树脂填充到模腔内后实施冷却 过程中树脂体积将减小 此时对应部分尺寸减小率就是成型收缩率 1 2 成型收缩率 MoldShrinkage 塑料的流向不同 收缩率也不同 一般流动方向的收缩率小于横向方向的 常见塑料的收缩率 4 吸水率 M2 M1 M1 100 测试方法 标准 ASTMD570ISO62 1 把样品放到干燥箱干燥 50度 24小时 移至干燥器中冷却到室温 测试样品的重量M1 2 将试片浸入温度为23度的蒸馏水中 浸泡24小时后 将其取出用滤纸除去表面水分 在取出后的1分钟内再次称量样品的重量M2 样品规格 1 圆片 直径50mm 厚度4mm2 方片 60mm 60mm 1mm3 条形 76 2mm 25 4mm 3 2mm 常用工程塑料吸水率 23 24Hr 1 3 吸水率和含水率 WaterAbsorption MoistureContent 含水率 一定条件下 材料中实际的水分含量 一般情况下 对同一材料而言 含水率 吸水率 5 热膨胀系数 固定物质温度升高1摄氏度时 其长度的变化和它在之前长度之比 单位1 塑料热膨胀系数一般是钢材的十倍左右 塑料的热膨胀系数在10 5到10 6级别之间 尼龙的热膨胀系数一般为 0 000014 0 000016 测试方法 将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中 然后将膨胀计插入不同温度的恒温浴内 待试样温度与恒温浴温度平衡 测量长度变化的仪器指示值稳定后 记录读数 由试样膨胀值和温度变化量 即可计算出热膨胀系数 样条长度 50 125mm常用测试温度范围 ASTME831 40 到40 ISO11359 2 23 到80 2 1 热膨胀系数 CTE CoefficientofThermalExpansion 6 熔融指数 热塑性材料在一定的温度和压力下 熔体每10分钟通过标准口模的质量 以g 10min表示 作用 通过测试了解MFI大小来评估材料流动性 为成型加工选择工艺提供依据常用标准 ASTMD1238 ISO1133 GB3682试验仪器 熔体流动速率仪 标准口模有2 095 0 010mm和1 180 0 005mm两种 通常采用前者 相关概念简称 熔融指数 MI MeltIndex 熔体流动速率 MFR MeltFlowRate 体积熔体流动速率 MVR MeltVolumeRate 以体积来计算熔体流动指数 单位cm3 10min 2 2 熔融流动指数 MFI MeltFlowIndex 7 常见塑料的MFI测试条件 温度 荷重 8种荷重规格 1级 0 325kg 2级 1 200kg3级 2 160kg4级 3 800kg 5级 5 000kg6级 10 000kg7级 12 500kg8级 21 600kg 8 2 3 热变形温度 HDT HeatDeflectionTemperature 热变形温度 将样条固定在热变形仪的支架上 施加规定的荷重 浸入硅油中 以一定的加温速度加热硅油 当样条产生0 254mm的变形量时的温度即为热变形温度 HDT HDT是塑料的热性能中最具有代表性的数据 HDT越高 材料的耐热性越好 两种荷重 A 1 82MPa B 0 45MPa试验方法 将所需荷重施加在样条上 然后将样条浸入硅油中 预热3 5min 以2 min的速度加热油 样条规格 尺寸120mm 15mm 10mm 2根以上 样条成型后需放置48小时以上 9 常见工程塑料的热变形温度 测试方法对比 10 维卡软化温度 塑料等聚合物的试样在液体传热介质中 在一定的载荷 一定的等速升温条件下 被1mm2的压针压入1mm深度时的温度 与热变形温度测试的比较 热变形与维卡软化点温度可在同一台仪器测 只是压头与载荷不同 维卡的压头是面积为1平方毫米的针头 热变形的是具有一定圆弧的斧型压头 热变形温度 在一定的升温速率及载荷作用下 样条挠度变化0 25mm时对应的温度 维卡软化点 在一定的升温速率及载荷作用下 压头进入标准试样1mm时对应的温度 测试条件 升温速率和载荷分别有两种标准A50法 使用10N的力 加热速度为50 h B50法 使用50N的力 加热速度为50 h A120法 使用10N的力 加热速度为120 hB120法 使用50N的力 加热速度为120 h 2 4 维卡软化温度 VST VicatSofteningTemperature 11 ASTM样条规格 12 7 12 7 0 8mm 厚度或 1 6 3 2 6 4mm 5根为一组 1 水平燃烧试验 HBTest HorizontalBurningTest GB样条规格 125 12 5 0 8mm 或指定厚度 测试方法 1 火焰高度25 4mm 施加火焰时间30s或者施加到火焰达到25 4mm标记线为止 2 记录由25 4mm至102mm标记线之间的燃烧时间 HB耐火等级判定 满足以下三种条件之一的就判定满足HBA 对于厚度 3 2mm的样品 燃烧速度不能超过3 81mm每分钟B 对于厚度 3 2mm的样品 燃烧速度不能超过7 62mm每分钟C 火焰在没有烧到10 2mm标记的时 样品就熄灭 2 5 UL水平 垂直燃烧试验 12 测试方法 火焰要求 火焰蓝色 高度20mm 内焰10mm 正下方灼烧10秒后将本生灯迅速移开 记录移开后火焰的持续时间T1 3 若试样上的火焰熄灭 再次对试样进行灼烧10秒后移开 记录第二次火焰持续时间T2 若明火熄灭后试样上还有火星 记录其持续时间T3 4 试验中 应随时调整本生灯的位置以保持喷嘴位于试样的正下方10mm 5 灼烧过程中发生熔融滴落现象 可将本生灯倾斜45 放置 火焰高度保持10mm 2 垂直试验 VerticalTest ASTM样条规格 12 7 12 7 厚度小于12 7 mm 通常厚度 6 4 3 2 1 6 0 8或0 4mm 耐火等级判定 每个等级需要同时满足以下5个条件 才能判定为满足该等级 13 条形样条 同HB样条板型样条 15cm 15cm 厚度 共3块 火焰要求 双重火苗 内焰高度3 81cm 外焰高度12 7cm 试验方法 将样条接触火苗5秒钟 然后熄灭火焰5秒钟 测定燃烧时间 重复5次 3 5V燃烧试验 阻燃等级 从低到高HB V 2 V 1 V 0 5VB 5VA 14 常用试样规格 60X60X3mm热丝温度 550 600 650 700 750 800 850 900 960 C测试方法 将灼热丝用1N的力压入试样中一定的深度 加热30S 然后移除灼热丝 观察试样燃烧情况 根据试样燃烧情况换用更低或者更高温度进行试验 得出不引燃试样的最高温度 再加25度 不引燃判定 满足其中之一即可 A 样片未被引燃B 在移除灼热丝以后 燃烧或者炽红时间 30s并且不引燃下方薄纸 2 6 灼热丝起火 HWI HotWireIgnition 15 万能材料试验机 拉伸测试样条 常用拉伸测试标准 1 背景信息 3 1 拉伸测试 TensileTest 16 拉伸应力 试样在计量标距范围内 单位初始横截面上承受的拉伸负荷 应变 材料在应力作用下 产生的尺寸变化与原始尺寸之比 拉伸断裂应力 应力 应变曲线上断裂时的应力 拉伸屈服应力 应力 应变曲线上屈服点处的应力 拉伸强度 在拉伸试验中 试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力 表征材料抵抗拉伸形变的能力 at p b d at为拉伸强度 Mpa p为最大负荷 N 断裂伸长率 试样断裂时 标线间距离的增加量与初始标距之比 拉伸模量 比例极限内 材料所受应力与产生的相应应变之比 2 相关概念及意义 17 3 典型的应力 应变曲线 18 塑料加20 玻纤的拉伸强度 4 常用工程塑料的拉伸强度 5 常用工程塑料的断裂伸长率 塑料加入玻纤后断裂伸长率骤降 一般降到2 5 19 通过万能材料试验机更换夹头实现 弯曲强度 是指材料在弯曲负荷作用下破裂或达到规定挠度时所承受的最大应力 结果以MPa表示 表征材料就是抵抗弯曲变形的能力 刚性 弯曲模量 材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力 单位MPa 弯曲模量越大 刚性越强 弯曲模量越小 塑料越柔软 模量 应力 应变 3 2 弯曲测试 FlexuralTest 1 相关概念 20 2 弯曲强度 弯曲断裂应力 21 塑料加入20 玻纤的弯曲强度 塑料加入玻纤后强度显著增大 3 常用工程塑料的弯曲强度 22 冲击强度 是试样在冲击破坏过程中所吸收的能量与原始横截面积之比 用于评价材料的抗冲击能力或者判断材料的脆性和韧性程度 因此冲击强度也称为冲击韧性 冲击强度根据试验设备不同 可分为简支梁冲击试验机和悬臂梁冲击试验机 3 3 冲击测试 ImpactTest 简支梁冲击试验机Charpy 悬臂梁梁冲击试验机Izod 试样水平摆放 试样垂直摆放 23 机械性能 常用工程塑料的冲击强度 悬臂梁 工程塑料加入20 玻纤的冲击强度 悬臂梁 24 相对漏电起痕指数 材料表面能经受住50滴电解液 0 1 氯化铵水溶液 而没有形成漏电痕迹的最高电压值 单位为伏 样条规格 不小于15 15mm 厚度不小于3mm 可以均匀叠加 原理 随着溶液的滴入 电极间开始放电 放电产生的热量使材料表面局部碳化 碳化物的导电率高 引起重复放电产生更多的碳化物 最终导致短路 4 1 相对漏电起痕指数 CTI ComparativeTrackingIndex 25 4 2 体积电阻率 VolumeResistivity 在厚度为h 横截面积为Q Q S 的材料的两个端平面上敷设电极 测量得到电阻Rv 体积电阻率定义公式 单位通常是 m或 cm 与试样或产品的形状无关 只取决于材料的自身性质 体积电阻率 用于表征立体材料的非导电性能 即绝缘能力 通常称为电阻率 材料按照电阻率的分类 绝缘体 v 109 cm半导体 106 cm v 109 cm导体 v 106 cm 体积电阻测量原理示意图 26 4 3 表面电阻率 SurfaceResistivity 表面电阻率 用于表征材料表面非导电性能物理量 在固体材料平面上放两个长为L 距离为d的平行电极 测量出两电极间的材料表面电阻Rs 表面电阻率表达式 s Rs L d 材料平面 测量区域 L d 电极距离L 电极长度d 表面电阻测量原理示意图 27 相对介电常数 介质在外加电场时会感应电荷而削弱电场 原真空中外加电场与插入介质后电场比值 用 r表示 r 1 0 C1 C0 Q1 Q0 电压V恒定 1 0分别为介质和真空的绝对介电常数C1 C0分别为真空和插入介质材料后的电容量Q1 Q0分别为真空和插入介质材料后平板电极上的电荷数量 4 4 相对介电常数 RelativePermittivity 28 相对介电常数特征 1