热塑性塑料的主要性能测试方法 拉伸性(Tensile properties)-拉伸强度(Ts)和伸长率(Te)

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1 热塑性塑料的主要性能测试方法 拉伸性(Tensile properties)-拉伸强度(Ts)和伸长率(Te)
弯曲特性(Flexural Properties)-弯曲强度(Fs)和弯曲模量(Fm) 冲击强度(Impact Strength) 阻燃性(Flammability) 热变形温度(Heat Deflection Temperature) 流动性(Melt Flow Index) 电性能(Electrical Properties) 洛氏硬度(Rockwell Hardness) 比重(Specific Gravity) 模具收缩率(Mold Shrinkage)

2 拉伸性能（Tensile Properties）
为了测定高聚物材料的基本物性，对材料施加应力后，测出变形量，求出应力，应力应变曲线是最普通的方法。将样条的两端用器具固定好，施加轴方向的拉伸荷重，直到遭破坏时的应力与扭曲的计算方法即为拉伸试验。 拉伸应力：  = F/A 伸长率：  = L/L100% 塑料材料的拉伸应力应变曲线 拉伸应力应变的计算

3 拉伸应力(Tensile Stress)：试片变形前，施加于单位面积上的拉伸力的大小。
伸长率(Tensile Strain)：试片原本标线间的长度因拉伸力的作用产生的变化。 屈服点(Yield Point)：应力应变曲线中，即使荷重不增加，伸长率也开始上升的时刻称为屈服点。此时的应力为屈服强度(Yield Strength)，此时的变形率为屈服伸长率(Elongation at Yield)。 拉伸模量(Tensile Modulus)：在变形率较低的区间，应力与应变通常呈直线变化的关系，此区间的应力与应变的比值（拉伸应力/伸长率）被称为拉伸模量。 断裂强度(Breaking Strength)：指断裂点(Break Point)上对应的拉伸力。 断裂伸长率(Elongation at Break)：指断裂点(Break Point)上对应的伸长率。 拉伸强度(Tensile Strength)：有屈服点的材料，拉伸强度是指屈服强度；不产生屈服现象的材料，破坏强度即为其拉伸强度。 注意：高聚物材料的机械性质，由于其固有的粘弹性，对变形速度或周围环境非常敏感，因此以上物性在高聚物材料进行相对比较后或作为基本选择的标准时使用为佳。以此为基础进行产品设计时应引起注意。

4 GB1040标准的拉伸样条及相关尺寸 测试标准：拉伸试验的标准规格有GB1040、ASTM D638、ISO527，其内容相似。
测试设备：电子万能试验机，装有能以一定速度移动的夹具。此器材还适用于压缩、弯曲、剪断等测试。 测试速度：因为拉伸速度对材料的拉伸性能测试影响很大，所以必须依据不同材料、不同样条尺寸采取适宜的拉伸速度。

5 弯曲性能（Flexural Properties）
将样条放在一定长度的两个支点上，以一定的速度在中间部位施加荷重时变弯，直到引起折断或达到一定弯曲量时的应力于扭曲的计算方法即为弯曲试验。 弯曲强度(Flexural Strength)：以一定速度在样条中心施加作用力，样条破坏或达到5%变形量时的强度。弯曲强度是测定样条发生弯曲产生变形时的抗衡性试验。 弯曲模量(Flexural Modulus)：指从样条中心的上部施加的作用力的大小与样条所产生的形变之比。弯曲模量越大，刚性越强，弯曲模量越小，塑料越柔软。

6 弯曲强度：Fs = (3Pmax  t) / 2bh2 弯曲模量：Fm = (t3  m) / 2bh2 其中：b为样条宽度；t 为两支点间的距离；m 为图表的初期倾斜度；3Pmax为最大荷重（应力）。 测试标准：拉伸试验的标准规格有GB9341、ASTM D790、ISO178，其内容相似。 测试设备：电子万能试验机。此器材还适用于压缩、拉伸、剪断等测试。 加压速度：加压速度随样条的种类（下图的H&L）及轴的间隔（L）而不同，请参考下表。

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8 冲击强度（Impact Strength）
高分子材料在一般情况下，遇到冲击较易发生破裂。即同样大小的作用力，当缓慢地作用在高分子样条上时，不会产生破裂，但当突然快速作用时，样条就会破裂。 冲击强度表现为样条或制件承受冲击的程度，通常泛指样条在产生破裂前所吸收的能量。冲击强度随样条形态、试验方法及试验条件表现出不同的价值，因此不能归为材料的基本性质。 Izod冲击试验和Charpy冲击试验均属摆锤测定法，不同的是Izod冲击试验是将样条的一端垂直夹住，而Charpy冲击试验是将样条两端水平夹住，但基本原理二者相同。 Izod冲击试验仪 Charpy冲击试验仪

9 样条的准备 Izod冲击样条 Charpy冲击样条 样条的尺寸

10 阻燃性（Flammability） 塑料因其加工容易和价格较低，在许多方面代替金属材料的使用，且具有阻燃性及耐热性等几种特性，但比起金属来，性质较为脆弱，有可能成为引发火灾的原因，因此为了防范于未然，许多国家正在制造各种规格的耐火产品，以此来试验塑料的耐火能力。 有关耐火的规格 UL94：美国UL(Underwriters Laboratory)关于塑料的燃烧性的规格，耐火度：5VA>5VB>V-0>V-1>V-2>HB。 IEC707：国际电气技术委员会的耐火安全规格。 CSA22.2项目的No.0.6(Test A~J)：应用于加拿大电气、电子产品的树脂耐火规格。最近与UL达成协议，认证UL试验数据，新设UL的5V试验方法，经UL试验后，只需提供试验报告与用于ID试验的样品，无需试验即可注册，UL也可以发行在加拿大销售的树脂类的试验及证书(Certification)。

11 1、水平燃烧试验（HB Test: Horizontal Burning Test）
用途：适用于耐火较低的材料的试验，测定燃烧速度 样条：12.7cm1.27cm厚度（5个样条） 样条存放条件：23C，湿度50%，48小时以上 火焰要求：甲烷气体，2.54cm蓝色火苗，燃烧器倾角为45 耐火等级 厚度>3.2mm 厚度<3.2mm HB 燃烧速度<3.81cm/分钟 燃烧速度<7.62cm/分钟

12 2、垂直试验（Vertical Test） 用途：适用于耐火材料的试验，测定燃烧时间 试验方法：将样条接触火苗10秒钟后移开样条，测定燃烧时间；重复第二次（对5个样条都实施） 样条和存放条件：与HB试验相同 火焰要求：甲烷气体，蓝色单一火苗，高度2cm 耐火 等级 两次燃烧 有焰时间 第二次燃烧 有焰加无焰时间 5个样条两次 有焰燃烧总时间 滴落物有无 引燃脱脂棉 V-0 <10s <30s <50s 无 V-1 <60s <250s V-2 有

13 3、5V燃烧试验 （Bar条型燃烧试验、Plaque板型燃烧试验） 条型燃烧（Bar）试验 样条和存放条件：与HB试验相同 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 板型燃烧（Plaque）试验 样条尺寸：15cm15cm 厚度（共3块） 试验方法：与条型燃烧相同 耐火 等级 燃烧有焰加 无焰时间 滴落物有无 引燃脱脂棉 试片中央 是否有烧穿 5VA <60s 无 5VB 有 备注 板型燃烧

14 HDT试验有两种荷重：A-1.82MPa；B-0.45MPa
热变形温度（Heat Deflection Temperature） 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，样条将产生变形。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，材料的耐热性越优秀。 HDT试验有两种荷重：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°C/min 的速度加热油。测定样条下垂量为0.254mm时的温度。 传热媒质：硅油（粘度100、比重0.960~0.968、着火点>300°C、一年更换一次） HDT测试装置示意

15 样条规格 最少有2个以上的样条，必要时使用3个以上 尺寸120mm15mm 10mm 样条成型后需放置40小时以上再进行试验 热变形样条尺寸 热塑性塑料材料的热变形温度（HDT）随成型条件不同而产生差异，主要依赖于成型时材料的重要结构特征如：分子排向、残留应力、晶体结构、结晶度、填充剂的取向、各向异性等，其变化对样条的尺寸、收缩率、密度产生一定的影响，因应力引起形态的细微结构变化，而导致物性的变化。

16 熔体流动速率（Melt Flow Index）
在规定的温度与荷重下，测定熔融状态下的塑料材料在10分钟内通过某规定模孔的流量，是评价材料相对流动性的参数。熔流指数（MI）越大，材料的流动性越好。 MI值越大流动性越好，所以可以成型精密部件，且可以缩短循环时间。按产品的用途，可以选择与耐热性、冲击强度等不同的物性来互补MI值。 塑料具有随流动速度和粘度发生变化的特性，因此在高速加工条件下，有可能出现流动性与流动特性不一致的情况，应留意。 试验要求：含有挥发性物质及水分的塑料粒必须进行预干燥，不然会引起重复性差和材料的降解。 熔流范围 (g/10min) 建议样品用量(g) 时间间隔(min) 实测MI 0.15~1.0 2.5~3.0 6.0 1.67 1.0~3.5 3.0~5.0 3.0 3.33 3.5~10 5.0~8.0 1.0 10.00 10~25 4.0~8.0 0.5 20.00 25~50 40.00

17 电性能（Electrical Properties）
应用于电气领域的塑料通常均需要具有绝缘性，要求材料有优秀的电性能。绝缘破坏电压高，绝缘电阻大的材料能防止因暴露在外的电流引起电介质的加热现象。塑料如果吸收了水分，会使电性能降低，因此绝缘材料的耐湿性也很重要。 热丝着火 Hot Wire Ignition（HWI） 高电流电弧着火 High Current Arc Ignition（HAI） 耐电弧 Arc Resistance 比较追踪系数 Comparative TrackingIndex（CTI） 高电压电弧追踪速率 High Voltage Arc Tracking Rate（HVTR）：塑料材料表面流经高电压、高电流时，不形成导电路的承受能力，测定高电压（5200V）下形成导电路的速度（单位时间内形成的导电路的长度） 介电强度 Dielectric Strength：材料对高电压的承受能力，为电性的最大强度，测定材料产生破损时的电压 体积电阻率 Volume Resistivity：材料内部的阻力程度。在材料的反面施加电压，测定试片的阻力。阻力数值越大，导电性越差，绝缘性越好 表面电阻率 Surface Resistivity：材料表面的抗衡程度。在试片表面两个位置之间施加电极，测定试片表面的电阻特性

18 1、热丝着火 （HWI）:电器产品过热时，测定可以承受的性能，表示的是通过电热线达到燃点时所需要的时间。
PLC等级 > 120 60~120 1 30~60 2 15~30 3 7~15 4 < 7 5 2、高电流电弧着火（HAI）：电器产品的绝缘材料在接触到电弧时，显示引燃阻力的试验。在高电流（32.5A）、低电压（240V，60Hz）下，1分钟产生40次电弧，测定直到引燃时产生电弧的次数。 HAI（次数） PLC等级 > 120 60~120 1 30~60 2 15~30 3 0~15 4

19 平均时间（秒） PLC等级 > 420 360~420 1 300~360 2 240~300 3 180~240 4 120~180 5 60~120 6 < 60 7 3、耐电弧 Arc Resistance：显示为塑料在高电压电弧下的承受能力，测定形成导电路（Conducting Path）且电弧消失时所需时间。耐电弧性是未经污染的干燥状态下的特性，CTI是因电解质而受到污染的环境下的特性。 4、比较追踪系数（CTI）：在受到污染的状态下，承受电压的程度。此数值越大，在遭污染的环境下，材料的绝缘性能越优秀。作为相对追踪阻力的指数，将电解质（Ammonium Chloride 0.1%溶液）每隔30秒滴一滴到试片上，测定滴满50滴时产生蚀痕时的电压。 CTI（Volt） PLC等级 > 600 400~600 1 250~400 2 175~250 3 100~175 4 < 100 5

20 洛氏硬度（Rockwell Hardness）
硬度体现的是产品的坚硬程度。在施加荷重的状态下，测定坚硬的圆珠凹陷时的抗衡性的实验。如果塑料中胶含量较多的话，冲击强度将会增加，但硬度会变小。 1、试片规格：厚度>6mm；宽度>13mm。 2、施加预备荷重，表盘刻度设在0点上。 3、施加15秒钟的主荷重后，撤去主荷重，预备荷重保持。 4、15秒钟后，记录表盘刻度。-RB（R和B之间的距离）。 5、计算洛氏硬度的大小=150-RB。

21 洛氏硬度测量和表示 洛氏硬度 （红色表盘数据） 预备荷重 （ kg） 主荷重 钢球压头直径 （mm） R 10 60 12.7000.0025 L 6.3500.0025 M 100 E 3.1750.0025 K 150 对于一般的塑料树脂来说，由于硬度一般不会很大，均用R标尺来表示。对于特殊塑料树脂，如玻璃纤维增强PC，由于R标尺很难正确表达其硬度，一般采用M标尺来表示。

22 比重和密度（ Specific Gravity/Density）
密度是指在一定温度（对于塑料一般指23C ）下，材料单位体积所含的质量，用g/cm3表示。 比重和密度不论在意义上还是在数值上都存在一定的差异。比重是材料的成本方面的重要因素，在材料的生产过程和成型过程中用于调节生产。 经常混合使用，23C时水的密度略小于1，因此两个数值产生略微差异，可以用下面公式相互换算： 密度=比重 。 实验方法： 比重可以使用已经成型品进行实验，也可以用粉末和颗粒等成型原料进行测定。和可能产生气泡等空洞的成型原料比较，成型品更适合于进行测试。使用成型品进行测试时，要等到成型完全收缩以后再进行。 方法一（使用成型品）：将一小块成型品挂在铁丝上称出其重量后，放进一定温度的水里（也可以是其它参考溶剂）重新称取重量，以两者重量之差计算密度。 方法二（使用成型原料）：将一定重量的原材料放入持续高温的已测定好的容积内，以与23C时的重量与体积之差计算比重。

23 成型收缩率（Mold Shrinkage）
概要 材料成型时，会因冷却产生产品尺寸比模具尺寸缩小的现象，成型收缩率即用百分比来表示此缩小的程度。通常结晶树脂比非结晶树脂收缩得更厉害。成型收缩率可以通过调节注塑温度及压力等成型条件得到适度的调整。 产生收缩的原因： 成型工艺中，因压力与温度的变化，有可能出现收缩差异。 注塑成型工艺中，树脂若只存在加热和冷却的话，可以按考虑好的填充到模腔内的树脂的收缩率进行再填充。但实际上，因同时受到压力和温度的变化，收缩差异仍会发生。 产生收缩的过程： 注塑成型时，树脂经加热熔融后体积膨胀。 将体积膨胀的熔融树脂填充到空间限定的模腔内后，实施冷却，在这个过程中树脂体积将减小，此时的体积减小率就是成型收缩率。

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