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,2019/4/24,中国工程塑料网,2,要讲述的主题,国际标准化组织和标准代号 塑料行业主要涉及到的标准 塑料的力学性能 塑料的热学性能 塑料的电学性能 塑料的光学性能 塑料的颜色表征 塑料的燃烧性能 塑料的流变性能 塑料的耐侯性能,2019/4/24,中国工程塑料网,3,主题深度,介绍基本情况 实验的定义、意义 标准的差别 经常遇到的问题,2019/4/24,中国工程塑料网,4,国际化标准组织和标准代号 返回,ISO 国际标准化组织 IEC 国际电工委员会 电工标准、电气、电子工程 UL 美国保险业试验所 安全标准（电气、防盗、事故、防火、船舶工业） ITU 国际电信联盟,四大国际性组织,非政府,2019/4/24,中国工程塑料网,5,塑料行业主要涉及到的标准 返回,ASTM 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 DIN 德国标准化学会 EN（欧洲标准化委员会）的主体 ANSI 美国国家标准学会 1982年成立 BSI 英国标准学会 GB 中国国家标准学会 GB/T推荐标准 JIS 日本工业标准调查会 VW 德国大众公司标准 GME 通用汽车标准 ES 日本三菱,区域性组织,非政府,政府,企业,2019/4/24,中国工程塑料网,6,其他常见的和塑料有关的国外组织代号,2019/4/24,中国工程塑料网,7,常见的汽车行业标准,2019/4/24,中国工程塑料网,8,在我国塑料常用的标准,2019/4/24,中国工程塑料网,9,我国和塑料有关的标准代号,2019/4/24,中国工程塑料网,10,塑料的力学性能 返回,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,2019/4/24,中国工程塑料网,11,塑料的力学性能 返回,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 弹性 比例极限 硬度 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,2019/4/24,中国工程塑料网,12,刚性的表征,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 C11也叫拉伸杨氏模量，使用的最多 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 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,2019/4/24,中国工程塑料网,13,塑料的刚性试验 返回,几种标准的试样区别,2019/4/24,中国工程塑料网,14,塑料的力学性能拉伸试验 返回,比例极限,2019/4/24,中国工程塑料网,15,拉伸试验的典型图谱,弹性段非常小 屈服强度和断裂强度的选取 超轫材料的伸长率试验现有标准无法满足（新型拉伸样条）,2019/4/24,中国工程塑料网,16,拉伸实验中常见的错误,2019/4/24,中国工程塑料网,17,弯曲应力是使用中最常见的应力模式,弯曲应力是拉伸和压缩的复合应力 弯曲实验有三点弯曲和四点弯曲之分 弯曲实验中的饶度应根据样条实际尺寸选取,2019/4/24,中国工程塑料网,18,弯曲强度和拉伸强度的关系,2019/4/24,中国工程塑料网,19,弯曲模量GB/T9341-2000 塑料弯曲性能试验方法,弯曲应力 弯曲应变 给定弯曲应变0.0005和0.0025，求取相应弯曲应力 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。,2019/4/24,中国工程塑料网,20,弯曲模量测试中存在的问题,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,2019/4/24,中国工程塑料网,21,两个弯曲的测试标准区别,GB/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； GB1449-1983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,2019/4/24,中国工程塑料网,22,两个弯曲的测试标准区别,2019/4/24,中国工程塑料网,23,弯曲强度中剪应力的修正,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。 标准中默认的误差是3.5%,2019/4/24,中国工程塑料网,24,关于试验速率,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， 速度允差为20%（v10mm/min）和10%（v10mm/min），应是有样条时的情况,ASTM ISO,2019/4/24,中国工程塑料网,25,关于拉力机的选型问题,最大力值：拉、弯：20000N 压缩：50000N 最小力值：0.1N 引伸计：0.05mm 测力精度：0.01N 饶度精度： 0.005mm 速度精度： 0.1mm/min 取样频率：400Hz,2019/4/24,中国工程塑料网,26,塑料的弹性试验 返回,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 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 针划硬度 莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度,2019/4/24,中国工程塑料网,27,塑料的弹性试验 返回,几种标准的试样区别,2019/4/24,中国工程塑料网,28,洛氏硬度,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 试样的平整度对测试结果有很大影响，标准中无要求。 不能忽视边缘效应。 重叠试样会使数据的变异系数增加。,2019/4/24,中国工程塑料网,29,邵氏硬度,邵氏硬度和材料的耐划伤性能相关。 邵氏A：软塑料 PE、POE、PU、PVC 邵氏D：较硬的塑料 PP、ABS 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。 A硬度压针长度2.50mm，针头1.25mm，面积1.23mm2,2019/4/24,中国工程塑料网,30,雷诺-标致耐划伤实验 PSA D421755,2019/4/24,中国工程塑料网,31,塑料的韧性试验,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 。 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。 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。 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。,2019/4/24,中国工程塑料网,32,塑料的韧性试验 返回,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,2019/4/24,中国工程塑料网,33,塑料的力学性能 返回,几种标准的试样区别,2019/4/24,中国工程塑料网,34,冲击试验中常遇到的问题返回,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 J/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 缺口和无缺口的区别 缺口试验中，试样的W变形能约为零。 对脆性材料测量简支梁无缺口冲击是失效的。 冲击测试中NB要求应指出测试条件。,2019/4/24,中国工程塑料网,35,冲击试验中常遇到的问题,冲击锤的自然位置调整常常被忽略 冲击试验中预仰角的校准是非常关键的。 简支梁冲击试验中的跨厚比70/4=17.5,2019/4/24,中国工程塑料网,36,弯曲试验和间支梁冲击试验,2019/4/24,中国工程塑料网,37,J积分试验,可以精确表征W断裂引发能的情况。 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。 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。,2019/4/24,中国工程塑料网,38,几种实验的应变速率比较,拉伸/弯曲 2mm/min=0.00003m/s 高速拉伸试验500mm/min=0.008m/s 简支梁： 2.9m/s（冲击能量4J） 3.8m/s（冲击能量4J） 悬臂梁： 3.5m/s 落重法：0.5m 3.13m/s 1m 4.42m/s 2m 6.26m/s,2019/4/24,中国工程塑料网,39,塑料的热性能 返回,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 低温热性能 冲击脆化温度 导热性和热膨胀性 尺寸稳定性,2019/4/24,中国工程塑料网,40,塑料的热性能 返回,几种标准的试样区别,2019/4/24,中国工程塑料网,41,热变形温度,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。 测试前样条一定要进行热处理去除内应力，否则数据不实。 可以和弯曲试验进行类比，可以看出温度-负荷的等同效应。 热变形温度测试中的跨厚比 GB 6.7 IS0 6 ASTM 7.8,2019/4/24,中国工程塑料网,42,热变形温度,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,2019/4/24,中国工程塑料网,43,维卡软化点,维卡软化点：表征材料热软化品质。 维卡实验和邵氏硬度实验有可比性。 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。 负荷 5kg 4.90MPa 1Kg 0.98MPa,2019/4/24,中国工程塑料网,44,UL温度指数（RTI）,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） 聚合物在规定温度下老化后性能下降50% RTI值分机械性能和电性能两种表达方式。 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。,2019/4/24,中国工程塑料网,45,塑料的电学性能 返回,介电强度：绝缘性的表征。（击穿电压/厚度） IS0等：10020.1mm ASTM：1001.6mm 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,2019/4/24,中国工程塑料网,46,塑料的电学性能,介电损耗因子： 电损耗的量度 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： 体积电阻率：阻止绝缘体延纵向泄露电流的能力 100mm 单位：cm,2019/4/24,中国工程塑料网,47,塑料的电学性能,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,2019/4/24,中国工程塑料网,48,漏电起痕指数,CTI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。 PTI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。 PTI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。,2019/4/24,中国工程塑料网,49,塑料的光学性能 返回,折光指数：=SIN（入射角）/SIN（折射角） 阿贝折光仪 透明塑料PC、PET、PP 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 雾度：透射光因散射而偏离入射光方向的透光百分比。 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。 光弹性：在不同应力下材料发生双折射现象。 镜面光泽度：镜面方向的反射率,2019/4/24,中国工程塑料网,50,塑料的颜色表征 返回,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。 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 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,2019/4/24,中国工程塑料网,51,塑料的颜色表征 返回,A光源：白炽光，标准照明体，色 温2854K B光源：接近太陽直射的燈光，近 乎正午的日光。 色温4870K C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 D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） F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,2019/4/24,中国工程塑料网,52,塑料的颜色表征 返回,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 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。 对于中性色（黑、白、灰），推荐用LAB色差，对于彩色，推荐用LCH色差。,2019/4/24,中国工程塑料网,53,塑料的颜色表征 返回,H,C,L,2019/4/24,中国工程塑料网,54,塑料的颜色表征 返回,饱和度=彩度/明度,2019/4/24,中国工程塑料网,55,塑料的颜色表征 返回,CIELAB均匀色空间,2019/4/24,中国工程塑料网,56,塑料的燃烧性能,着火的三大要素：氧气、火源和环境温度 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,2019/4/24,中国工程塑料网,57,塑料的燃烧性能 返回,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 火焰传播性能：表面燃烧试验 辐射面版 烟道试验 火焰持续性能：UL-94 注重燃烧时间（速度）、滴 落性 烟雾生成性能：烟密度,2019/4/24,中国工程塑料网,58,UL94燃烧试验,分为水平燃烧、垂直燃烧和5V燃烧三种方式,2019/4/24,中国工程塑料网,59,UL94试验选择,2019/4/24,中国工程塑料网,60,塑料的氧指数实验,氧指数实验可以识别UL94V0材料的区别 氧指数实验数据和垂直燃烧实验数据有一定的相关性。 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,2019/4/24,中国工程塑料网,61,UL的其他燃烧试验,HAI 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。 HWI 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。 GWIT 灼热丝发火温度 是Glow wire ignition temparature的缩略语，是IEC规定的燃烧性指标之一。 GWFI 灼热丝燃烧指数 是Glow wire flammability index的缩略语，是IEC规定的燃烧性指 标之一,2019/4/24,中国工程塑料