第五章 塑料力学性能测试

1、第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第一节第一节 拉伸性能拉伸性能 一、概念及测试原理一、概念及测试原理 1 1基本概念基本概念 当材料受外力作用，而所处的条件使它不能产生惯当材料受外力作用，而所处的条件使它不能产生惯 性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就 称为应变。称为应变。 在任何给定时刻，在试样标距长度内，每单位原始在任何给定时刻，在试样标距长度内，每单位原始 横截面积上所受的拉伸负荷。横截面积上所受的拉伸负荷。 是在拉伸试验过程中，试样承受的最大拉伸应是在拉伸试验过程中，试样承受的最大拉伸应 力。力。 拉伸强度出现在屈

2、服之后时，与拉伸拉伸强度出现在屈服之后时，与拉伸 强度相对应的拉伸标称应变。强度相对应的拉伸标称应变。 在弹性形变区（应力在弹性形变区（应力- -应变曲线的初始直应变曲线的初始直 线部分），材料所承受的应力与产生相应的应变之比。线部分），材料所承受的应力与产生相应的应变之比。 2 2测试原理测试原理 在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，通过对塑料试样在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，通过对塑料试样 的纵轴方向施加拉伸载荷，使试样产生形变直至材料破坏。的纵轴方向施加拉伸载荷，使试样产生形变直至材料破坏。 记录下试样破坏时的最大负荷和对应的标线间距离的变化记录下试样破坏时的最大负荷和对应的标线间

3、距离的变化 等情况，可绘制出应力等情况，可绘制出应力- -应变曲线。应变曲线。 曲线曲线A A：脆性材料；曲线：脆性材料；曲线B B： 有屈服点的韧性材料；曲线有屈服点的韧性材料；曲线C C： 无屈服点的韧性材料无屈服点的韧性材料 应力应力应变曲线一般分为两个部分：弹性变应变曲线一般分为两个部分：弹性变 形区和塑性变形区。形区和塑性变形区。 在在弹性变形区域弹性变形区域，材料发生可完全恢复的弹，材料发生可完全恢复的弹 性变形，应力和应变成正比例关系。性变形，应力和应变成正比例关系。 曲线中曲线中 直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值，它代直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值，它代 表材料的刚性。弹性模

4、量越大刚性越好。表材料的刚性。弹性模量越大刚性越好。 在在塑性变形区域塑性变形区域，应力和应变增加不再成正，应力和应变增加不再成正 比关系，最后出现断裂。比关系，最后出现断裂。 二、测试仪器二、测试仪器 1.1.引伸计；引伸计； 2.2.固定上限位；固定上限位； 3.3.引伸计导杆；引伸计导杆； 4.4.中横梁；中横梁； 5.5.上夹具；上夹具； 6.6.样条；样条； 7.7.下夹具；下夹具； 8.8.传感器；传感器； 9.9.下限位；下限位； 10.10.急停开关急停开关 拉伸试验用夹具拉伸试验用夹具 三、测试标准和试样三、测试标准和试样 塑料拉伸试验参照的标准为塑料拉伸试验参照的标准为 G

5、B/T1040-2006。 制备拉伸试样的方法很多，最常用制备拉伸试样的方法很多，最常用 的方法是注射模塑或压缩模塑；的方法是注射模塑或压缩模塑； 也可以通过机械加工从片材、板材也可以通过机械加工从片材、板材 和类似形状的材料上切割。和类似形状的材料上切割。 在某些情况下可以使用多用途试样。在某些情况下可以使用多用途试样。 表5-1 1A型和1B型试样尺寸及公差 符号符号 名称名称尺寸尺寸mm 公差公差 mm 符号符号名称名称 尺寸尺寸 mm 公差公差 mm 1A型试样型试样1B型试样型试样 L3总长（最小）总长（最小）150L3总长（最小）总长（最小）150 L夹具间距离夹具间距离1151.

6、0L夹具间距离夹具间距离L2+50 r半径半径2025r半径（最小）半径（最小）60 b2端部宽度端部宽度200.2b2端部宽度端部宽度200.2 b1窄部分宽度窄部分宽度100.2b1窄部分宽度窄部分宽度100.2 h优选厚度优选厚度40.2h优选厚度优选厚度40.2 L0标距标距500.5L0标距标距500.5 1A型试样为优先选用的直接模塑多型试样为优先选用的直接模塑多 用途试样用途试样 1B试样为机加工试样。试样为机加工试样。 四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素 1 1测试步骤测试步骤 （1 1）试样准备）试样准备 试样上必须标出确定标距的标记。试样上必须标出确定标距的标记。

7、 试样不能扭曲，成对的平行面间要相互垂直，表面和边沿试样不能扭曲，成对的平行面间要相互垂直，表面和边沿 不能有划痕、坑洞、污迹和毛刺。不能有划痕、坑洞、污迹和毛刺。 （2 2）测量试样）测量试样 在塑料试样中部距离标距每端在塑料试样中部距离标距每端5mm5mm以内测量试样中间平行以内测量试样中间平行 部分的宽度和厚度，宽度精确至部分的宽度和厚度，宽度精确至0.1mm0.1mm，厚度精确至，厚度精确至0.02 0.02 mmmm。每个试样测量。每个试样测量3 3点，取算术平均值。点，取算术平均值。 （3 3）夹持）夹持 将试样放到夹具中，务必使试样的长轴线与试验机的轴线将试样放到夹具中，务必使试

8、样的长轴线与试验机的轴线 成一条直线。成一条直线。 （4）引伸计安装）引伸计安装 （5）试验速度）试验速度 拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为l 500mm/min，分为，分为9种速度。种速度。 （6）数据的记录）数据的记录 记录试验过程中试样承受的负荷及与之对应的标线间或夹记录试验过程中试样承受的负荷及与之对应的标线间或夹 具间距离的增量。具间距离的增量。 （7）试样数量）试样数量 每个受试方向和每项性能应至少试验每个受试方向和每项性能应至少试验5个试样。如果需要个试样。如果需要 精密度更高的平均值，试样数量可多于精密度更高的平均值，试样数量可多

9、于5个。个。 推荐试验速度推荐试验速度 速度速度 （mm/min） 允许偏差允许偏差 （%） 速度速度 （mm/min） 允许偏差允许偏差 （%） 1205010 22010010 52020010 102050010 2010 2 2结果计算和表示结果计算和表示 （1）应力按式）应力按式5-1计算：计算： （2）应变按式）应变按式5-2、5-3计算计算 bd P t 100 0 0 L L 100 L L （3）标准偏差值按下式（）标准偏差值按下式（5-4）计算）计算 式中：式中：S，标准偏差值；，标准偏差值； ，单个测定值；，单个测定值； ，组，组 测定值的算术平均值；测定值的算术平均值；

10、n，测定个数。，测定个数。 计算结果以算术平均值表示，计算结果以算术平均值表示，t取三位有效数取三位有效数 字，字，t、S取二位有效数字。取二位有效数字。 1 )( 2 n XX S i X X i X 3 3影响因素影响因素 （1 1）试样的制备与处理）试样的制备与处理 拉伸试验要求做成哑铃形试样拉伸试验要求做成哑铃形试样; ; 制样方式有两种：一是用原材料制样；另一种是从制制样方式有两种：一是用原材料制样；另一种是从制 品上直接取样。品上直接取样。 用原材料制成试样有几种方法，包括模压成型、注塑用原材料制成试样有几种方法，包括模压成型、注塑 成型、压延成型或吹膜成型等成型、压延成型或吹膜成

11、型等; ; 不同方法制样的试验结果不具备可比性不同方法制样的试验结果不具备可比性; ; 同一种制样方法，要求工艺参数和工艺过程也要相同同一种制样方法，要求工艺参数和工艺过程也要相同; ; 试样制备好后试样制备好后, ,要按要按GB/T 2918-1998GB/T 2918-1998标准，在恒温恒标准，在恒温恒 湿条件下放置处理。湿条件下放置处理。 （2）材料试验机）材料试验机 影响因素主要有影响因素主要有: :测力传感器精度、速度控制精度、测力传感器精度、速度控制精度、 夹具、同轴度和数据采集频率等。夹具、同轴度和数据采集频率等。 测力传感器一般要求传感器的精度在测力传感器一般要求传感器的精度

12、在0.5%0.5%以内。以内。 拉伸速度要求平稳均匀拉伸速度要求平稳均匀, ,速度偏高或偏低都会影响速度偏高或偏低都会影响 拉伸结果。拉伸结果。 试验机的同轴度不好试验机的同轴度不好, ,拉伸位移将偏大拉伸位移将偏大, ,拉伸强度拉伸强度 有时将受到影响有时将受到影响, ,结果偏小。结果偏小。 （3）试验环境）试验环境 影响塑料拉影响塑料拉伸试验结果的因素主要是温度和湿度。伸试验结果的因素主要是温度和湿度。 GB/T 2918-1998规定规定,标准实验室环境温度为标准实验室环境温度为 (232),相对湿度为相对湿度为45%55%。 （4）操作过程）操作过程 一般情况下一般情况下, ,拉伸速度

13、快拉伸速度快, ,屈服应力和拉伸强度增大屈服应力和拉伸强度增大, , 而断裂伸长率将减小。而断裂伸长率将减小。 高速拉伸时高速拉伸时, ,分子链段的运动跟不上外力作用的速分子链段的运动跟不上外力作用的速 度度, ,塑料呈现脆性行为塑料呈现脆性行为, ,表现为拉伸强度增大表现为拉伸强度增大, ,断裂断裂 伸长率减小。伸长率减小。 （5）数据处理）数据处理 现在的材料试验机多数由计算机控制现在的材料试验机多数由计算机控制, ,数据处理已数据处理已 程序化程序化, ,但是有些数据还是依靠人为测试和计算的但是有些数据还是依靠人为测试和计算的, , 如试样尺寸、位移变化、伸长率计算及脱机试验等。如试样尺

14、寸、位移变化、伸长率计算及脱机试验等。 第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第二节第二节 弯曲性能弯曲性能 一、概念及测试原理一、概念及测试原理 1.1.概念概念 挠度挠度：试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离。：试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离。 规定挠度规定挠度：规定挠度为试样厚度：规定挠度为试样厚度h h的的1.51.5倍。倍。 弯曲应力弯曲应力：试样跨度中心外表面的正应力。：试样跨度中心外表面的正应力。 断裂弯曲应力断裂弯曲应力：试样断裂时的弯曲应力。：试样断裂时的弯曲应力。 弯曲强度弯曲强度：试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力。：试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力

15、。 弯曲应变弯曲应变：试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，：试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化， 用无量纲的比或百分数（）表示。用无量纲的比或百分数（）表示。 断裂弯曲应变断裂弯曲应变：试样断裂时的弯曲应变，用无量纲的比：试样断裂时的弯曲应变，用无量纲的比 或百分数（）表示。或百分数（）表示。 弯曲弹性模量或弯曲模量弯曲弹性模量或弯曲模量：应力差与对应的应变差之比。：应力差与对应的应变差之比。 2.2.测试原理测试原理 测定塑料弯曲性能采用的第一种方法是三点负载体系，测定塑料弯曲性能采用的第一种方法是三点负载体系， 第二种力法是四点负载体系。第二种力法是四点负载体系。 图图5-7 四点

16、式弯曲试验示意图四点式弯曲试验示意图 图图5-6塑料三点式弯曲试验塑料三点式弯曲试验 二、测试仪器二、测试仪器 弯曲试验机应符合弯曲试验机应符合GB/T GB/T 17200-199717200-1997的要求。的要求。 通常，拉伸试验用的机器也通常，拉伸试验用的机器也 能用来作弯曲试验，上部的能用来作弯曲试验，上部的 可动压头可用来做弯曲试验。可动压头可用来做弯曲试验。 能指示拉伸和压缩负载的具能指示拉伸和压缩负载的具 有双重目的的负载传感器可有双重目的的负载传感器可 方便地对拉伸试验和压缩试方便地对拉伸试验和压缩试 验的试验进行测定。验的试验进行测定。 三、测试标准和试样三、测试标准和试样

17、 塑料的弯曲试验的标准方法是塑料的弯曲试验的标准方法是GB/T 9341-2008。 可采用注塑、模塑、或由板材经机械加工制成矩形截面可采用注塑、模塑、或由板材经机械加工制成矩形截面 积的试样，也可从标准的多用途试样的中间平行部分截积的试样，也可从标准的多用途试样的中间平行部分截 取。取。 推荐试样尺寸：长度推荐试样尺寸：长度l：802mm；宽度；宽度b：10.00.2mm； 厚度厚度h：4.00.2mm。 当不可能或不希望采用推荐试样时，试样长度和厚度之当不可能或不希望采用推荐试样时，试样长度和厚度之 比应与推荐试样相同，如下式（比应与推荐试样相同，如下式（5-5）所示：）所示： l/h=2

18、01 公称厚度公称厚度h宽度宽度b*公称厚度公称厚度h宽度宽度b* 1h325.00.510h2020.00.5 3h510.00.520h3535.00.5 5h1015.00.535h5050.00.5 *含有粗粒填料的材料，其最小宽度应在含有粗粒填料的材料，其最小宽度应在30 mm。 表表5-3 与试样厚度与试样厚度h相关的宽度值相关的宽度值b 单位：单位：mm 四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素 1.1.测试步骤测试步骤 （1 1）测量试样）测量试样 （2 2）设置好合适的试验速度）设置好合适的试验速度 表表5-4 试验速度推荐值试验速度推荐值 速度速度/mm/min 允差允

19、差/ 速度速度/mm/min 允差允差/ 1*20b5010 220b10010 52020010 102050010 2010 *厚度在厚度在1mm至至3.5mm之间的试样，用最低速度之间的试样，用最低速度 b速度速度1mm/min和和2mm/min的允差低于的允差低于GB/T17200-1997的规定。的规定。 （3）试样对称地放在两个支座上，并于跨度中心施加力。）试样对称地放在两个支座上，并于跨度中心施加力。 （4）记录试验过程中施加的力和相应的挠度，若可能，）记录试验过程中施加的力和相应的挠度，若可能， 应用自动记录装置来执行这一操作过程，以便得到完整应用自动记录装置来执行这一操作过程

20、，以便得到完整 的应力的应力/应变曲线图。应变曲线图。 （5）根据力）根据力/挠度或应力挠度或应力/挠度曲线或等效的数据来确定挠度曲线或等效的数据来确定 相关应力、挠度和应变值。相关应力、挠度和应变值。 （6）试验结果以每组）试验结果以每组5个试样的算术平均值表示。试样个试样的算术平均值表示。试样 在跨度中部分三分之一以外断裂，试验结果应作废，并在跨度中部分三分之一以外断裂，试验结果应作废，并 应重新取样进行试验。应重新取样进行试验。 2 2结果计算和表示结果计算和表示 （1）塑料弯曲应力按下式（）塑料弯曲应力按下式（5-6）计算：）计算： 2 2 3 bh PL f （2）塑料挠度按下式（）

21、塑料挠度按下式（5-7）计算：）计算： h L s fi i 6 2 （3）塑料弯曲模量按下式（）塑料弯曲模量按下式（5-8）计算）计算 )( )( 12 12 ff ff f E 3.3.试验影响因素试验影响因素 （1）跨厚比）跨厚比 选择跨厚比时必须综合考虑剪力、支座水平推力以及压头选择跨厚比时必须综合考虑剪力、支座水平推力以及压头 压痕等综合影响因素。压痕等综合影响因素。 （2）应变速率）应变速率 在相同的试样厚度下，跨度越大则应变速率越小；试验速在相同的试样厚度下，跨度越大则应变速率越小；试验速 度越大则应变速率越大。度越大则应变速率越大。 （3）加载压头圆弧和支座圆弧半径）加载压头圆

22、弧和支座圆弧半径 加载压头圆弧半径过小，造成压头与试样之间不是线接触，加载压头圆弧半径过小，造成压头与试样之间不是线接触， 而是面接触；若压头半径过大，对于大跨度就会增加剪力而是面接触；若压头半径过大，对于大跨度就会增加剪力 的影响，容易产生剪切断裂。的影响，容易产生剪切断裂。 （4）温度）温度 弯曲强度都随着温度升高而下降，但下降程度各有不同。弯曲强度都随着温度升高而下降，但下降程度各有不同。 （5）操作影响）操作影响 试样尺寸的测量、试样跨度的调整、压头与试样的线接触试样尺寸的测量、试样跨度的调整、压头与试样的线接触 和垂直状况以及挠度值零点的调整。和垂直状况以及挠度值零点的调整。 第五章

23、第五章 力学性能测试力学性能测试 第三节第三节 压缩性能压缩性能 压缩性能是描述材料在较低的压缩负载和均匀压缩性能是描述材料在较低的压缩负载和均匀 加载速率下的行为。加载速率下的行为。 压缩性能包括弹性模量、屈服应力、屈服点以压缩性能包括弹性模量、屈服应力、屈服点以 外的形变、压缩强度、压缩应变和细长比。外的形变、压缩强度、压缩应变和细长比。 在实际应用中，压缩负载并不总是瞬间加上的，在实际应用中，压缩负载并不总是瞬间加上的， 因此，不考虑塑料的刚度和强度对时间依赖性因此，不考虑塑料的刚度和强度对时间依赖性 的标准试验结果，就不能作为设计零件的基础。的标准试验结果，就不能作为设计零件的基础。

24、一、概念及测试原理一、概念及测试原理 1.概念概念 压缩应力压缩应力 指在压缩试验过程中的任何时刻，单位试样的指在压缩试验过程中的任何时刻，单位试样的 原始横截面上所承受的压缩负荷。原始横截面上所承受的压缩负荷。 压缩变形压缩变形 指试样在压缩负荷作用下高度的改变量。指试样在压缩负荷作用下高度的改变量。 压缩应变压缩应变 每单位原始标距每单位原始标距L0的长度减少量，为比值或百的长度减少量，为比值或百 分数。分数。 压缩强度压缩强度 指在压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。指在压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。 规定应变时的压缩应力规定应变时的压缩应力 达到规定应变时的压缩应力。达到规定应变

25、时的压缩应力。 压缩模量压缩模量 指在应力指在应力应变曲线的线性范围内应力差与应应变曲线的线性范围内应力差与应 变差的比值。变差的比值。 细长比细长比 指试样的高度与试样横截面的最小回转半径之比。指试样的高度与试样横截面的最小回转半径之比。 2.测试原理测试原理 试验是把试样置于试验机的两压板之间，并在沿试样试验是把试样置于试验机的两压板之间，并在沿试样 两个端部表面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以两个端部表面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以 测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向 缩短，而径向方向增大，产生压缩形变，直至试样破缩短，而

26、径向方向增大，产生压缩形变，直至试样破 裂，屈服或试样变形达到一预先规定的数为止。裂，屈服或试样变形达到一预先规定的数为止。 二、测试仪器二、测试仪器 试验机应符合试验机应符合GB/T17200- 2008的规定，而拉伸和弯的规定，而拉伸和弯 曲试验所用的万能试验机曲试验所用的万能试验机 也可用来测试各种材料的也可用来测试各种材料的 压缩强度。压缩强度。 用挠度计或压缩形变计在用挠度计或压缩形变计在 试验中的任意时间内测且试验中的任意时间内测且 试样两固定点距离的任何试样两固定点距离的任何 变化。变化。 压缩夹具压缩夹具 三、测试标准和试样三、测试标准和试样 1.测试标准测试标准 塑料的压缩试

27、验按塑料的压缩试验按GB/T 10412008标准方法进行。标准方法进行。 2.试样试样 可用注塑、模压成型制作或机械加工制备可用注塑、模压成型制作或机械加工制备 形状有棱柱、圆柱或管状。形状有棱柱、圆柱或管状。 优选类型和试样尺寸优选类型和试样尺寸 类型类型测量测量长度长度l宽度宽度b厚度厚度h A模量模量502 100.240.2 B强度强度100.2 小试样尺寸小试样尺寸 项项 目目1型型 2 型型 厚厚 度度 宽宽 度度 高高 度度 3 5 6 3 5 35 四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素 1.测试步骤测试步骤 推荐试验速度推荐试验速度 速度速度mm/min允差允差/速度

28、速度/mm/min允差允差/ 1201020 2202010a 520 a该允差低于该允差低于GB/T17200-1997的规定的规定 试样应按照该材料的国家标准的要求进行状态调节试样应按照该材料的国家标准的要求进行状态调节 （1）试样尺寸的测量）试样尺寸的测量 （2）必要时安装变形指示器。）必要时安装变形指示器。 （3）试样放置。）试样放置。 （4）根据材料的规定调整试验速度。）根据材料的规定调整试验速度。 （5）开动试验机进行试验。）开动试验机进行试验。 记录适当应变间隔时的负荷及相应的压缩应变。记录适当应变间隔时的负荷及相应的压缩应变。 试样破裂瞬间所承受的负荷，单位为试样破裂瞬间所承受

29、的负荷，单位为N。 如试样不破裂，记录在屈服或偏置屈服点及规如试样不破裂，记录在屈服或偏置屈服点及规 定应变值为定应变值为25时的压缩负荷，单位为时的压缩负荷，单位为N。 （6）试验结果以每组）试验结果以每组5个试样的算术平均值表示。个试样的算术平均值表示。 2.结果计算和表示结果计算和表示 （1）应力按下式计算）应力按下式计算 =F/A （2）应变（用伸长仪测量）按下式计算）应变（用伸长仪测量）按下式计算 0 0 L L 0 0 100(%) L L X （3）压缩模量按下式计算）压缩模量按下式计算 12 12 E 3. 影响因素影响因素 来自来自试样材料自身的因素试样材料自身的因素： 例如

30、材料内应力分布、材料结构、试例如材料内应力分布、材料结构、试 样的成型加工方式等；样的成型加工方式等； 来自来自试验条件试验条件： 例如试样形状、试样尺寸、试验机的例如试样形状、试样尺寸、试验机的 上下压板的表面粗糙度或摩擦力以及试上下压板的表面粗糙度或摩擦力以及试 验速度等。验速度等。 第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第四节第四节 冲击性能冲击性能 冲击试验是用来评价材料在高速载荷状态下的冲击试验是用来评价材料在高速载荷状态下的 韧性或对断裂的抵抗能力的试验。韧性或对断裂的抵抗能力的试验。 塑料材料的冲击强度在工程应用上是一项重要塑料材料的冲击强度在工程应用上是一项重要 的性能指标，

31、它反映不同材料抵抗高速冲击而的性能指标，它反映不同材料抵抗高速冲击而 致破坏的能力。致破坏的能力。 冲击试验可分为冲击试验可分为摆锤式摆锤式（包括简支梁和悬臂梁（包括简支梁和悬臂梁 式）、式）、落球落球（落锤）式和（落锤）式和高速拉伸冲击高速拉伸冲击试验等。试验等。 不同材料、不同用途制品可选择不同的试验方不同材料、不同用途制品可选择不同的试验方 法。法。 一、一、 摆锤式冲击试验摆锤式冲击试验 （一）概念及测试原理（一）概念及测试原理 1.概念概念 简支梁无缺口冲击强度简支梁无缺口冲击强度：无缺口试样破坏时所吸：无缺口试样破坏时所吸 收的冲击能量，与试样原始横截面积有关。收的冲击能量，与试样

32、原始横截面积有关。 简支梁缺口冲击强度简支梁缺口冲击强度：缺口试样破坏时所吸收的：缺口试样破坏时所吸收的 冲击能量，与试样缺口处的原始横截面积有关。冲击能量，与试样缺口处的原始横截面积有关。 悬臂梁无缺口冲击强度悬臂梁无缺口冲击强度：无缺口试样在悬臂梁冲：无缺口试样在悬臂梁冲 击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截 面积之比。面积之比。 悬臂梁缺口冲击强度悬臂梁缺口冲击强度：缺口试样在悬臂梁冲击强：缺口试样在悬臂梁冲击强 度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积 之比。之比。 2.测试原理测试原理 摆锤式

33、冲击试验包括简支梁型和悬臂梁型。摆锤式冲击试验包括简支梁型和悬臂梁型。 这两种方法都是将试样放在冲击机上规定位置，这两种方法都是将试样放在冲击机上规定位置， 然后使摆锤自由落下，使试样受到冲击弯曲力而然后使摆锤自由落下，使试样受到冲击弯曲力而 断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的 冲击功即冲击强度。冲击功即冲击强度。 简支梁冲击试验是摆锤打简支梁冲击试验是摆锤打 击简支梁试样的中央；击简支梁试样的中央； 悬臂梁则是用摆锤打击有悬臂梁则是用摆锤打击有 缺口的悬臂梁的自由端缺口的悬臂梁的自由端 （二）测试仪器（二）测试仪器 由一个重的底座和测试时夹紧

34、试样的虎钳夹具所组成。由一个重的底座和测试时夹紧试样的虎钳夹具所组成。 简支梁试验和悬臂梁试验采用不同类型的打击头。简支梁试验和悬臂梁试验采用不同类型的打击头。 （三）（三） 塑料简支梁冲击试验塑料简支梁冲击试验 1.测试标准和试样测试标准和试样 （1）测试标准）测试标准 塑料简支梁冲击试验的标准方法是塑料简支梁冲击试验的标准方法是GB/T1043-2008。 （2）试样）试样 试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或 注塑成型的板材经机械加工制得。注塑成型的板材经机械加工制得。 试样的类型、尺寸和跨距试样的类型、尺寸和跨距 单位：单位：mm

35、 试样类型试样类型长度长度a l宽度宽度a b厚度厚度a h跨距跨距 1802100.240.2620.00.5 2b 3b 25h 11h或或13h 10或或15c3d20h 6h或或8h 表表5-10 方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸无层间剪切破坏的材料方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸无层间剪切破坏的材料 方法名称方法名称a试样试样 类型类型 冲击冲击 方向方向 缺口缺口 类型类型 缺口底部半径缺口底部半径 rN/mm 缺口底部剩余缺口底部剩余 宽度宽度bN/mm GB/T 1043.1/1eUb 1 侧向侧向 无缺口无缺口 单缺口单缺口 GB/T 1043.1/1eAb A0

36、.250.058.00.2 GB/T 1043.1/1eB B1.000.058.00.2 GB/T 1043.1/1eC C0.100.028.00.2 GB/T 1043.1/1fUc 贯层贯层无缺口无缺口 a.如果试样取自片材或成品，其厚度应加载名称中。非增强材料的试样如果试样取自片材或成品，其厚度应加载名称中。非增强材料的试样 不应以机加工面作为拉伸而进行试验；不应以机加工面作为拉伸而进行试验；b.优选方法；优选方法；c.适用于表面效应的适用于表面效应的 研究。研究。 图图5-14 5-14 简支梁试样简支梁试样 图图5-15 5-15 缺口类型缺口类型 2.2.测试步骤及计算结果测试

37、步骤及计算结果 （1 1）测试步骤）测试步骤 试样按试样按GB/T 2918-1998GB/T 2918-1998的规定调节的规定调节1616小时以上。小时以上。 测量试样中部的宽度和厚度，精确至测量试样中部的宽度和厚度，精确至0.02mm0.02mm。 根据试样选择摆锤。根据试样选择摆锤。 调节能量度盘指针零点，测定摩擦损失和修正吸收的能量。调节能量度盘指针零点，测定摩擦损失和修正吸收的能量。 抬起并锁住摆锤，试样放置，对中。抬起并锁住摆锤，试样放置，对中。 平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。 试样完全破坏或部分破坏的可以取值。试样完

38、全破坏或部分破坏的可以取值。 观察、报告。不同破坏类型的结果不能进行比较。观察、报告。不同破坏类型的结果不能进行比较。 所有计算结果的平均值取两位有效数字，每组试验至少包括所有计算结果的平均值取两位有效数字，每组试验至少包括 1010个试样。个试样。 （2 2）结果的计算和表示）结果的计算和表示 无缺口试样简支梁冲击强度按下式（无缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-165-16）计算：）计算： 缺口试样简支梁冲击强度按下式（缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-175-17）计算：）计算： 3 10 bh E a c cU 3 10 N c bh E a cN （四）塑料悬臂梁冲击试验（四）塑料悬臂

39、梁冲击试验 1 1测试标准和试样测试标准和试样 （1 1）测试标准）测试标准 塑料悬臂梁冲击试验方法的标准有塑料悬臂梁冲击试验方法的标准有GB/T 1843-2008 GB/T 1843-2008 图图5-16 5-16 夹具、试样和冲击刃冲击示意图夹具、试样和冲击刃冲击示意图 （2 2）试样）试样 方法名称方法名称a、 、b 试样试样缺口类型缺口类型缺口底部半缺口底部半 径径 rN 缺口的保留缺口的保留 宽度宽度bN GB/T 1843/U长长l=802 宽宽b=10.00.2 厚厚h=4.00.2 无缺口无缺口 GB/T 1843/AA0.250.058.00.2 GB/T 1843/BB

40、1.000.05 a 如果试样是由板材或制品上裁取的，板材或制品的厚度如果试样是由板材或制品上裁取的，板材或制品的厚度h应该加到命名应该加到命名 中。未增强的试样不应使机加工表面处于拉伸状态进行试验；中。未增强的试样不应使机加工表面处于拉伸状态进行试验；b 如果如果 板材厚度板材厚度h等于宽度等于宽度b，冲击方向（垂直，冲击方向（垂直n平行平行p）应加到名称中。）应加到名称中。 表表5-11 5-11 方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸 图图5-18 5-18 冲击方向命名图冲击方向命名图 2.2.测试步骤及计算结果测试步骤及计算结果 悬臂梁梁无缺口冲

41、击强度按下式（悬臂梁梁无缺口冲击强度按下式（5-185-18）计算：）计算： 缺口试样简支梁冲击强度按下式（缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-185-18）计算：）计算： 3 10 bh E a c iU 3 10 N c bh E a iN （五）影响因素（五）影响因素 1 1试样制备试样制备 每种制样过程都要符合相关标谁，不同制样方法不具有可比性。每种制样过程都要符合相关标谁，不同制样方法不具有可比性。 2.2.试样尺寸试样尺寸 规格要一致。不同加工方式加工的试样，其测值不具可比性。规格要一致。不同加工方式加工的试样，其测值不具可比性。 3. 3. 试验环境试验环境 冲击强度值均随温度的降

42、低而降低。湿度对某些塑料冲击强度有影响。冲击强度值均随温度的降低而降低。湿度对某些塑料冲击强度有影响。 4.4.操作过程操作过程 如冲击速度，冲击摆锤刀口与试样打击面吻合。简支梁冲击试验中，如如冲击速度，冲击摆锤刀口与试样打击面吻合。简支梁冲击试验中，如 果试样与支架没有贴紧，则容易产生多次冲击使测试结果不准确。果试样与支架没有贴紧，则容易产生多次冲击使测试结果不准确。 5.5.数据处理数据处理 数据处理与试验结果的精确度有着密切关系。数据处理与试验结果的精确度有着密切关系。 第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第五节第五节 硬度试验硬度试验 一、概念及测试方法一、概念及测试方法 硬度是指

43、材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。 硬度是材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组硬度是材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组 成的综合性指标成的综合性指标; ; 通过对硬度的测量可间接了解该材料的其他力学性能，通过对硬度的测量可间接了解该材料的其他力学性能， 例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等; ; 硬度测定值的大小不仅与材料性质有关，还取决于测硬度测定值的大小不仅与材料性质有关，还取决于测 定条件和方法定条件和方法; ; 不同测定方法测定的硬度值不能相对比较。不同测定方法测定的硬度值不能相对比较。 测定硬

44、度的方法主要有三种类型：测定硬度的方法主要有三种类型： 测定材料耐顶针压入能力的试验，如邵氏硬度（肖氏测定材料耐顶针压入能力的试验，如邵氏硬度（肖氏 硬度）、球压痕硬度试验等；硬度）、球压痕硬度试验等； 测定材料对尖头或其它材料的耐划痕性硬度试验，如测定材料对尖头或其它材料的耐划痕性硬度试验，如 莫氏硬度（莫氏硬度（MobsMobs）等；）等； 测定材料回弹性的硬度试验，如洛氏硬度，邵氏反弹测定材料回弹性的硬度试验，如洛氏硬度，邵氏反弹 硬度试验等。硬度试验等。 邵氏邵氏A A型适用于软质塑料及橡胶；邵氏型适用于软质塑料及橡胶；邵氏C C型和邵氏型和邵氏D D型适型适 用于较硬或硬质塑料和硫化

45、橡胶。用于较硬或硬质塑料和硫化橡胶。 球压痕硬度实验适用于柔软的弹性体到较硬的塑料。球压痕硬度实验适用于柔软的弹性体到较硬的塑料。 洛氏硬度实验主要用于刚硬的工程塑料的硬度评价。洛氏硬度实验主要用于刚硬的工程塑料的硬度评价。 二、邵氏硬度二、邵氏硬度 1. 1. 测试原理测试原理 将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下和规定的时间将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下和规定的时间 内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样 材料的邵氏硬度等级。材料的邵氏硬度等级。 指示表为指示表为100100个分度，每一个分度即为一个邵氏硬度值。个分度，每一个

46、分度即为一个邵氏硬度值。 邵氏压痕硬度实验不适用于泡沫塑料。邵氏压痕硬度实验不适用于泡沫塑料。 2. 2. 测试仪器测试仪器 邵氏硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及对压针施邵氏硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及对压针施 加压力的弹簧组成。加压力的弹簧组成。 图图5-21 TH2105-21 TH210邵氏硬度计邵氏硬度计 1 1底座；底座；2 2工作台；工作台；3 3试样；试样；4 4硬度计；硬度计； 5 5砝码；砝码；6 6砝码固定杆；砝码固定杆；7 7压下手柄；压下手柄； 8 8立柱；立柱；9 9升降滑动臂；升降滑动臂；1010锁紧手轮锁紧手轮 3. 3. 测试步骤测试步骤 （1 1）

47、制样）制样 （2 2）硬度计垂直安装在硬度计支架上）硬度计垂直安装在硬度计支架上 （3 3）待测试样置于测定架的试样平台上）待测试样置于测定架的试样平台上 （4 4）在试样上不同点处测量硬度五次、取算术平均值）在试样上不同点处测量硬度五次、取算术平均值 （5 5）重复上述实验步骤。）重复上述实验步骤。 （6 6）实验结果表示）实验结果表示 4 4影响因素影响因素 （1 1）试样厚度）试样厚度 试样过薄，将使测定的硬度值偏大。试样过薄，将使测定的硬度值偏大。 （2 2）压针）压针 压针端部形状越平坦，测得的硬度值越大。压针端部形状越平坦，测得的硬度值越大。 （3 3）温度）温度 测试温度高，测得

48、的硬度值低。测试温度高，测得的硬度值低。 （4 4）读数时间）读数时间 随读数时间的增加而下降；随读数时间的增加而下降； （5 5）测点间距离）测点间距离 三、洛氏硬度三、洛氏硬度 1 1试验原理试验原理 洛氏硬度试验法是美国人洛克尔在洛氏硬度试验法是美国人洛克尔在19191919年提出的。年提出的。 属于静载压痕法硬度试验。属于静载压痕法硬度试验。 可用于软的弹性体材料到较刚硬塑料的硬度值评价。可用于软的弹性体材料到较刚硬塑料的硬度值评价。 图图 5-225-22洛氏硬度测试原理示意图洛氏硬度测试原理示意图 2. 2. 测试仪器测试仪器 洛氏硬度计主要由机架、压头、加力机构、硬度指洛氏硬度计

49、主要由机架、压头、加力机构、硬度指 示器和计时装置组成。示器和计时装置组成。 3 3测试步骤测试步骤 （1 1）制样）制样 （2 2）选择合适的标尺）选择合适的标尺 （3 3）施加初始压力。）施加初始压力。 （4 4）卸除主压力）卸除主压力 （5 5）重复上述操作）重复上述操作 （6 6）计算洛氏硬度）计算洛氏硬度 4 4影响因素影响因素 （1 1）试验仪器的影响）试验仪器的影响 （2 2）测试温度的影响）测试温度的影响 （3 3）试样厚度的影响）试样厚度的影响 （4 4）主试验力保持时间的影响）主试验力保持时间的影响 （5 5）读数时间的影响）读数时间的影响 四、其他测试方法四、其他测试方法

50、 莫式硬度检测方法的原理是以材料抵抗刻画的能力莫式硬度检测方法的原理是以材料抵抗刻画的能力 作为衡量硬度的依据。作为衡量硬度的依据。 在涂料，包装行业广泛应用的铅笔划痕硬度法也是在涂料，包装行业广泛应用的铅笔划痕硬度法也是 一种抵抗划痕能力的测定方法一种抵抗划痕能力的测定方法 图图5-23 铅笔硬度计铅笔硬度计 第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第六节第六节 其他力学性能测试其他力学性能测试 一、剪切试验一、剪切试验 剪切强度定义为在剪切应力作用下，使试样移动部分剪切强度定义为在剪切应力作用下，使试样移动部分 与静止部分呈完全脱离状态所需之最大负荷。与静止部分呈完全脱离状态所需之最大负荷

51、。 由最大剪切载荷与试样原始截面积之比求得，它是承由最大剪切载荷与试样原始截面积之比求得，它是承 受剪切载荷材料的重要力学性能指标。受剪切载荷材料的重要力学性能指标。 用来表征高聚物材料抵抗剪切载荷而不破裂的能力。用来表征高聚物材料抵抗剪切载荷而不破裂的能力。 对于脆性材料，即可应用简单的剪切试验来测定其剪对于脆性材料，即可应用简单的剪切试验来测定其剪 切强度。切强度。 对于受剪切作用会发生较大塑性形变的材料，可采用对于受剪切作用会发生较大塑性形变的材料，可采用 扭转试验方法测定。扭转试验方法测定。 （一）剪切强度试验（一）剪切强度试验ASTM D-732ASTM D-732 ASTM D-7

52、32ASTM D-732规定的剪切强度试验，是通过一个标准冲规定的剪切强度试验，是通过一个标准冲 头以规定的速度，强迫热塑性塑料试样片完全破坏。头以规定的速度，强迫热塑性塑料试样片完全破坏。 剪切强度大小为试样在剪切力作用下破坏时单位面积剪切强度大小为试样在剪切力作用下破坏时单位面积 上所能承受的负荷值。上所能承受的负荷值。 1. 1. 试验样品和试验装置试验样品和试验装置 2. 测试步骤测试步骤 测试首先要把样品正确固定在定位夹具上，冲头剪切压迫，测试首先要把样品正确固定在定位夹具上，冲头剪切压迫， 直到试样完全破坏。直到试样完全破坏。 其抗剪强度计算如下：其抗剪强度计算如下： 剪切强度剪切

53、强度(psi)=样品剪切力样品剪切力(lb)/剪切边缘区剪切边缘区(in2) 剪切边缘区剪切边缘区(in2)= 冲头周长冲头周长(in.)/ 试样厚度试样厚度(in.) 3. 意义和局限性意义和局限性 剪切强度试验对于设计薄片型的塑料制品尤其重要，这些剪切强度试验对于设计薄片型的塑料制品尤其重要，这些 制品要承受剪切负荷，而注塑产品设计时，剪切强度载荷制品要承受剪切负荷，而注塑产品设计时，剪切强度载荷 一般考虑较少。一般考虑较少。 根据工程实践，通常认为抗剪强度基本上等于抗拉强度的根据工程实践，通常认为抗剪强度基本上等于抗拉强度的 一半。一半。 （二）塑料剪切强度试验方法（穿孔法）（二）塑料剪

54、切强度试验方法（穿孔法） 1. 试验样品和试验装置试验样品和试验装置 图图5-25 5-25 剪切试样剪切试样 图图5-26 5-26 穿孔式剪切夹具穿孔式剪切夹具 和试验装置示意图和试验装置示意图 2. 测试步骤测试步骤 调节试验环境调节试验环境 安装试样、夹具。安装试样、夹具。 启动试验机启动试验机 记录最大负荷记录最大负荷 3. 结果表示及影响因素结果表示及影响因素 （1）结果表示）结果表示 剪切强度按下式计算：剪切强度按下式计算：t = P/Dt （5-23） 测定剪切强度时，测定剪切强度时，P为最大负荷；测定破坏剪切强度时，为最大负荷；测定破坏剪切强度时， P为破坏负荷；为破坏负荷；

55、 测定屈服剪切强度时，测定屈服剪切强度时，P为屈服负荷为屈服负荷 测定定变形率剪切强度时，测定定变形率剪切强度时，P为规定变形率时剪切负荷。为规定变形率时剪切负荷。 （2 2）影响因素）影响因素 剪切速度剪切速度 同一种材料随着剪切试验速度的增加，其剪切强度同一种材料随着剪切试验速度的增加，其剪切强度 也增大。也增大。 试样厚度试样厚度 材料在其制造过程中，不可避免地会产生一些气孔、材料在其制造过程中，不可避免地会产生一些气孔、 杂质或低分子物质等缺陷，试样越厚，存在缺陷的杂质或低分子物质等缺陷，试样越厚，存在缺陷的 概率也越高，因此一般试样越厚其剪切强度值也越概率也越高，因此一般试样越厚其剪

56、切强度值也越 低。低。 环境温度环境温度 随着温度的升高，剪切强度明显下降，且热塑性材随着温度的升高，剪切强度明显下降，且热塑性材 料较热固性材料的影响更为明显。料较热固性材料的影响更为明显。 二、蠕变及应力松弛试验二、蠕变及应力松弛试验 （一）蠕变试验（一）蠕变试验 1. 1. 试验样品和试验装置试验样品和试验装置 试验样品使用相关材料标准或试验样品使用相关材料标准或GB/T1040.2-2006GB/T1040.2-2006中规定中规定 的测定拉伸性能的试样。的测定拉伸性能的试样。 试验装置由夹具、加载系统、伸长测量装置、计时器试验装置由夹具、加载系统、伸长测量装置、计时器 和测微计组成。

57、和测微计组成。 图图5-29 5-29 不同树脂在不同树脂在2323环境下经过环境下经过10001000小时一定负荷后的应力应变曲线小时一定负荷后的应力应变曲线 （二）应力松弛试验（二）应力松弛试验 在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现象在恒定形变下，物体的应力随时间而逐渐衰减的现象 称为应力松弛。称为应力松弛。 如垫片、密封件、阀座等塑料制品应用的情况，往往如垫片、密封件、阀座等塑料制品应用的情况，往往 要经历应力松弛过程。要经历应力松弛过程。 随时间和温度，变形引起应力损失，从而导致力学性随时间和温度，变形引起应力损失，从而导致力学性 能变化，这种现象会影响制件的密封程度和紧固件的

58、能变化，这种现象会影响制件的密封程度和紧固件的 紧密程度。紧密程度。 应力松弛是一种理论上类似于蠕变特点的松弛行为，应力松弛是一种理论上类似于蠕变特点的松弛行为， 塑料应力松弛程度依赖与应变、时间和温度条件。塑料应力松弛程度依赖与应变、时间和温度条件。 “硫化橡胶或热塑性橡胶老化性能的测定拉伸应力松弛试验硫化橡胶或热塑性橡胶老化性能的测定拉伸应力松弛试验” （GB/T 9871-2008/ ISO6914:2004） 1. 试验样品和试验装置试验样品和试验装置 2.试验步骤试验步骤 （1）方法）方法A 在无应力条件下，将试样安装在已预热的夹持器上，进在无应力条件下，将试样安装在已预热的夹持器上

59、，进 行老化；行老化； 在（在（50.5）min之后，拉伸试样在之后，拉伸试样在1min之内达到之内达到45% 55%之间的伸长，并保持其在该伸长的之间的伸长，并保持其在该伸长的1%以内；以内； 也可以用（也可以用（202）%的较小伸长代替（的较小伸长代替（505）%，测，测 量初始力（量初始力（F0）。）。 （2）方法）方法B 在无应力条件下，将试样安装在已预热的夹持器上，在无应力条件下，将试样安装在已预热的夹持器上， 进行老化进行老化 在（在（50.5）min之后，拉伸试样在之后，拉伸试样在2s之内达到之内达到 45%55%之间的伸长，并保持其在该伸长的之间的伸长，并保持其在该伸长的1%

60、以内以内(101)s,测量初始力（测量初始力（F0） 3. 结果表示结果表示 100100)( 0 0 0 0 tt F FF tR （三）蠕变和应力松弛试验的影响因素（三）蠕变和应力松弛试验的影响因素 1 1温度的影响温度的影响 温度越高，蠕变值和应力松弛值也越大。温度越高，蠕变值和应力松弛值也越大。 2 2压力的影响压力的影响 增大压力，降低分子链段的活动性，即降低了柔量。增大压力，降低分子链段的活动性，即降低了柔量。 3 3聚合物分子量的影响聚合物分子量的影响 分子量较小，熔融粘度与分子量成正比。分子量较小，熔融粘度与分子量成正比。 4 4交联状态的影响交联状态的影响 交联度提高，蠕变速