工程材料标准和测试-王瑞锋

1、中国质量认证中心塑料的标准和测试2022-3-32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2022-3-33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2022-3-34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2022-3-35塑料行业主要涉及到的

2、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2022-3-36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

3、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）2022-3-37在我国塑料常用的标准2022-3-38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

4、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2022-3-39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2022-3-310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2022-3-311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

5、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66442211CCCCG 2022-3-312塑料的刚性试验 返回标准IS0DINGBASTM拉伸试验104mm哑铃型12.73.2mm哑铃型弯曲试验80104mm101.612.73.2mm压缩试验细长比10，高30mm301510mm24.512.712.7mm几种标准的试样区别2022-3-313塑料的力学性能拉伸试验 返回 比例极限2022-3-314拉伸试验的典型图谱u弹性段非常

6、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）2022-3-315拉伸实验中常见的错误2022-3-316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2022-3-317弯曲强度和拉伸强度的关系2022-3-318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

7、效数字。22/3bhFLf2/6LhsfFEf300500/2022-3-319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400Hz2022-3-320两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

8、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2022-3-321两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=2

9、mm/minv=10mm/min（弯曲强度）v=2mm/min（弯曲模量）2022-3-322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%2222341bhFLLs）（2022-3-323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SrhLv62ASTMISO2022-3-324关于拉力机的选型问题u最大力值：拉、弯：2

10、0000N 压缩：50000Nu最小力值：0.1Nu引伸计：0.05mmu测力精度：0.01Nu饶度精度： 0.005mmu速度精度： 0.1mm/minu取样频率：400Hz2022-3-325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2022-3-326塑料的弹性试验 返回几种

11、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6.35mm邵氏硬度厚度6mm厚度5mm厚度6mm2022-3-327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。2022-3-328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、ABSu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1.23

12、mm22022-3-329雷诺-标致耐划伤实验 PSA D4217552022-3-330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。2022-3-331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2022-3-332塑料的力学性能

13、 返回几种标准的试样区别标准IS0DINGBASTM简支梁80104mm7515/103mm33/4510/153mm缺口：V、U1201510mm5064mm缺口：U无缺口：冲击韧性有缺口：冲击强度80104mm5064mm1201510mm1251313mm缺口：U、V12712.73.2mm12712.76.4mm缺口：V悬臂梁80104mm63.512.712.7mm63.512.76.4mm63.512.73.2mm缺口：V80104mm63.512.712.7mm63.512.76.4mm63.512.73.2mm缺口：V无缺口25.412.71.6mm缺口12712.73.2mm

14、12712.76.4mm缺口：V2022-3-333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/m2u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。2022-3-334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=17.52022-3-335弯曲试验和间支梁冲击试验2022-3-336J积分试

15、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。aUBJ12022-3-337几种实验的应变速率比较u拉伸/弯曲 2mm/min=0.00003m/su高速拉伸试验500mm/min=0.008m/su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/su落重法：0.5m 3.13m/s 1m 4.42m/s 2m

16、 6.26m/s 2022-3-338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2022-3-339塑料的热性能 返回标准IS0GBDINASTM热变形80：10：4mm120：10：15mm110：3.0-4.2：9.8-15mm127：3.2-12.7：12.7mm维卡厚度36mm厚度36.4mm厚度=3.05mm几种标准的试样区别2022-3-340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

17、/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 7.82022-3-341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=933MPahsLsFbhLE642332022-3-342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

18、。u负荷 5kg 4.90MPa 1Kg 0.98MPa2022-3-343UL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。2022-3-344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：1001.6mmu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 2022-3-345塑料的电学性能u介电损耗因子： 电

19、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：cm2022-3-346塑料的电学性能u耐电弧性：抵抗高压电弧的能力。 10024mmHAI 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 2022-3-347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。

20、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。 2022-3-348塑料的光学性能 返回u折光指数：=SIN（入射角）/SIN（折射角）

21、 阿贝折光仪 透明塑料PC、PET、PPu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 2022-3-349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

22、C光源下偏 离白 色的程度。黄色指数的背板问题yzxyI06. 128. 1100zw847.02022-3-350塑料的颜色表征 返回uA光源：白炽光，标准照明体，色 温2854KuB光源：接近太陽直射的燈光，近 乎正午的日光。 色温4870KuC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 6740KuD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2022-3-351塑料的颜色表

23、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。2022-3-352塑料的颜色表征 返回HCL2*2*2*)()()(abababHCLE2022-3-353塑料的颜色表征 返回饱和度=彩度/明度2022-3-354塑料的颜色表征 返回CIELAB均匀色空间2*2*2*)()()(baLEab2022-3-355塑料的燃烧性能u着火的三大要素

24、：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2022-3-356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2022-3-357UL94燃烧试验u分为水平燃烧、垂直燃烧和5V燃烧三种方式2022-3-358UL94试验选择改 用 水 平 法是 否 蔓 延到 夹 具是 否 点 燃 脱脂 棉5个 试 样 的 有 烟 燃 烧时 间 是 否

25、 都 在 同 一 判定 区 间 内t1+ t210t2+ t330FV -0t1+ t230t2+ t360FV -1t1+ t230t2+ t360FV -25个 试 样 的 有 焰燃 烧 时 间 总 和（ t1+t2） 50FV -0（ t1+t2） 250FV -1（ t1+t2） 250FV -2FV -2是否是否否是是2022-3-359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：80104mm2022-3-360UL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。级别的数字越大，材料越容易燃烧。uGWIT 灼热丝发火温度 是Glow w