塑料性能测试技术

BASFMarketingDivision1塑料性能测试技术要点舒文艺，陆先祝扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司技术部2003年7月BASFMarketingDivision2目录•塑料性能测试的目的，特点和影响因素•ISO标准方法介绍•重点材料性能介绍BASFMarketingDivision3塑料性能测试的目的•正确掌握材料的性能，了解使用范围•控制产品的质量•指导成型加工•研究材料结构和性能BASFMarketingDivision4塑料性能测试的特点•温度效应明显•时间效应明显•形变速度影响明显•测定数据易显分散1测试应尽量接近生产和使用条件2正确理解和掌握性能而不曲解和误用BASFMarketingDivision5塑料性能测试的主要影响因素•试样制备条件•试样尺寸（标准试样）•试样的状态•测试环境温度和湿度•标准试验方法BASFMarketingDivision6试样制备•制品上裁取样条（部位，机械加工）•注塑样条（注塑温度，压力，冷却时间，样条内部缺陷）•标准试样BASFMarketingDivision7标准测试样条BASFMarketingDivision8加工条件对制品性能的影响BASFMarketingDivision9加工条件对制品性能的影响BASFMarketingDivision10试样尺寸的影响•标准试样，目的是为了使不同材料的试验结果具有可比性，或使同一材料的测试结果不因尺寸不同而影响它的重复性，消除尺寸因素效应•尺寸效应是由试样（1）自身的微观缺陷和（2）微观不同性引起的一般来说，（1）拉伸强度随厚度的增大而减小；（2）只有相同厚度的试样并在相同跨度上作冲击试验，结果才能比较BASFMarketingDivision11试样状态的影响•环境温度的影响•环境湿度的影响•试验放置时间的影响例如：（1）尼龙的冲击强度随吸水率的加大而增加；（2）PMMA随湿度的增加，拉伸强度减小BASFMarketingDivision12热历史对冲击性能的影响BASFMarketingDivision13拉伸强度/断裂伸长率与测试温度关系BASFMarketingDivision14材料：未增强尼龙ISO527拉伸速度：50mm/min在不同测试温度下的拉伸行为曲线BASFMarketingDivision15塑料的黄色指数与暴露日光时间关系BASFMarketingDivision16ISO10350中规定的测试条件性能标准试样尺寸mm试验条件熔体流动速率ISO1133220C，5Kg拉伸模量ISO527根据ISO3167试验速率1mm/min拉伸屈服应力ISO527同上50mm/min断裂伸长率ISO527同上50mm/min拉伸断裂应力(GPPS)ISO527同上5mm/min弯曲模量弯曲强度ISO178同上2mm/min简支梁冲强ISO17980×10×4V型缺口，r=0.25方法1eU,1eA(边向冲击)悬臂梁冲强ISO180同上同上热变型温度ISO7580×10×40.45Mpa,1.8MPa维卡软化温度ISO30610×10×4加热速率50C，负荷50N，10N燃烧性ISO1210125×13×3方法A－水平试样线性燃烧速率BASFMarketingDivision17ISO2897-2中规定的注塑制样条件材料熔体温度C模具温度C平均注塑速率mm/s各种牌号22045200±100ISO2897-2中规定的压塑制样条件材料成型温度C冷却速率C/min脱模温度C全程压力MPa全程压力时间Min预热时间Min各种牌号20010=604±0.55±15±1BASFMarketingDivision18GB2118－82规定的标准状态条件温度：23±2C气压:86-106KPa相对湿度：50±5％BASFMarketingDivision19ISOASTM试样的选择1.多用途试验，用端浇口对称模具来制备，试样的取向均一，重复性好，更可靠，可比较。2.尺寸为165×10×4mm1.通常是I型试样2.尺寸为165×12.7×3.2mm试样的制备1.熔融温度和模温与ASTM不同试样方法1.用简支梁冲击试验2.除了MFR，还有MVR1.用悬臂梁冲击试验ISO10350和ASTM方法的比较要点：对于冲击强度、HDT和弯曲性能，ISO和ASTM差别较大，不能通过简单的单位换算来推测BASFMarketingDivision20ISO测试标准的优点•试验条件更统一,结果可比性更好•规定科学合理,全世界范围内适用•给使用者提供极大方便BASFMarketingDivision21ISO测试标准的结果表示单位•熔体流动速率MFR,MVR(200℃,5Kg)gorml/10min•拉伸强度(GPPS,5mm/10min;HIPS50mm/min):Mpa•断裂伸长率:%•冲击强度(Charpy,Izod):KJ/m2•Vicat软化温度(A/50,B/50):℃•热变形温度HDT(1.8MPa,0.45MPa):℃•可燃性(94HB):38mm/min(3.2mm试样)76mm/min(1.6mm试样)BASFMarketingDivision22熔体流动速率（MI,MVR）•标准试验条件随材料不同而有所变化•测定MI,MVR时的剪切速率很低（1－100/s，一般为1－50/s），与实际加工条件距离太远，有时不能正确反映加工性能（注射：1000－10000/s，挤出：100－1000/s）。•塑料的剪切变稀•建议在加工温度范围内测定粘度－剪切速率关系曲线例子：尽管MI＝1.5，薄膜级LDPE随分子量分布变宽，加工性变好。因为非流动性较强，随剪切速率升高，粘度下降快而且易于平稳BASFMarketingDivision23检验和试验设备－MVRBASFMarketingDivision24拉伸强度•拉伸时形变，试验截面积缩小，应该以瞬时横截面积来计算，真应力大于拉伸强度•了解拉伸曲线BASFMarketingDivision25拉伸曲线(a)(b)负荷-伸长曲线伸长负荷屈服点偏置屈服点BASFMarketingDivision26拉伸强度曲线(HIPS)BASFMarketingDivision27检验和试验设备－拉伸仪BASFMarketingDivision28冲击强度•根据试验的受力状态可分为：弯曲冲击（简支梁和悬臂梁冲击），拉伸冲击，扭转冲击，剪切冲击和落锤冲击•缺口冲击强度在描述材料的缺口敏感性方面非常有用•对冲击性能试验的影响因素很多，试验值只是该材料在试验方法规定条件下的冲击韧性•不同的冲击试验结果不能比较BASFMarketingDivision29ComparisonISO179:1992ISO180:1992ASTMD256-92DIN53453-1975testmethodCharpyIzodIzodCharpytestspecimendimensions/mm380*10*463.3*12.7*3.2-12.750*6*4notchtypeanddimensions/mmU:unnotchedA:r=0.25,45B:r=1.0,45C:r=0.1,45reversednotchA:r=0.25,45unnotchedU-notchnotchradiusr=0.1remainingwith/mm810.162.7pendulumenergies/Jandimpactvelocities0.5/1/2/4at2.9m/s7.5/15/25.5at3.8m/s1/2.75/5.5/11/22at3.5m/s2.7-21.7at3.5m/s0.5/1/2/4at2.9m/s7.5/15at3.8m/senergyextraction10%-80%useheaviestpendulumpossible85%10%-80%pendulumdeceleration5%-55%61%5%-55%testspecimenpositionedgewiseedgewiseflatwise冲击试验比较BASFMarketingDivision30检验和试验设备－铣缺口机BASFMarketingDivision31检验和试验设备－冲击强度测试仪BASFMarketingDivision32负荷下的热变形温度•热变形温度是衡量塑料和硬质橡胶耐热性的主要指标之一•热变形温度不同于塑料最高使用温度或连续使用温度•最高使用温度应根据制品的受力情况及使用要求等因素来确定，建议从动态力学分析（DMA）测得的模量－温度曲线来确定BASFMarketingDivision33检验和试验设备－VST/HDTBASFMarketingDivision34污物测定－注塑法BASFMarketingDivision35污物测定－挤出法BASFMarketingDivision36耐环境应力开裂定义：模拟化学环境，加速预应力或预应变塑料样条的开裂•样条尺寸，状态和取向•温度•试验持续时间•试验环境参数：ISO4599:弯曲法•单轴恒定应变•通过蠕变，应力松弛•确定指标性质（例如：断裂伸长率）•相对寿命预测*Bosch-Steinle-试验ISO6252:恒定应力－应变方法•单轴恒定载荷，蠕变独立•在材料取向方向，施加载荷•确定开裂时间•使直接预测寿命成为可能BASFMarketingDivision37弯曲形变测试方法ISO4599化学品蒸汽BASFMarketingDivision38恒定应力－应变试验ISO6252BASFMarketingDivision39CAD和CAE所需的性能数据•反映工作条件的各种温度和应变速率的等温应力－应变曲线•动态模量的温度依赖性数据•室温和高温及若干个应力水平下的等时蠕变曲线•室温和低于室温的冲击强度数据•环境对塑料性能行为影响的数据•各向异性对材料使用性能影响的数据•熔体粘度和剪切速率关系的数据BASFMarketingDivision40鸣谢：施文潮（YBS）