中文版塑料测试方法及标准对比

常用的塑料测试方法简介1拉伸强度和拉伸模量更多信息请关注新浪微博：越美惠ASTMD638,ISOR527,DIN53455,DIN53457了解材料对负载的响应程度是了解材料性能的基础。通过测试在一定应力下材料的变形程度（应变），设计者可以预测材料在其工作环境下的应用（如图1）。图1拉伸应力－应变曲线A：弹性形变的极限值B：屈服点C：最大强度O-A:屈服区域，发生弹性形变超过A点：塑性变形图2：ASTMD6，拉伸试样的尺寸模量：应力/应变Mpa常用的塑料测试方法简介2屈服应力：开始发生塑性变形的应力Mpa断裂应力发生断裂时的应力Mpa断裂伸长率材料发生断裂时的应变％弹性极限开始发生弹性形变的终点弹性模量发生在塑性变形时的模量Mpa测试速度：A速度：1mm/mm拉伸模量B速度：5mm/mm填充材料的拉伸应力/应变C速度：50mm/mm为填充材料的拉伸应力/应变弯曲强度和弯曲模量ASTMD790,ISO178,DIN53452弯曲强度是用来测量材料抵制挠曲变形的能力或者是测试材料的刚性。与拉伸负载不同的是，在测试弯曲时，所有的应力加载在一个方向上。用压头压在试样的中部使其形成一个3点的负载，在标准测试仪上，恒定的压缩速度为2mm/mm.通过计算机收集的数据，测绘出试样的压缩负荷－变形曲线，来计算压缩模量。在曲线的线性区域至少取5个点的负载和变形。弯曲模量（应力与应变的比值）是表征材料弯曲性能的重要指标。压缩模量是指在应力－应变的曲线的线性范围内，压缩应力与压缩应变之比。压缩应力与压缩应变的单位都是Mpa。图3：弯曲测试示意图耐磨性能测试常用的塑料测试方法简介3GE测试方法与ASTMD1044,ISO3537,DIN52347测试方法相似用Taber磨损机磨损测试试样，通过计算试样的磨损量来表征材料的耐磨性能。测试试样放置在一个以恒定转速60rpm的旋转转盘上（如图4所示），把一定重量的砂轮压在测试试样上（转盘是通过人工磨出来的，可以获得不同重量的转盘）。当转盘达到规定的圈数，测试结束。然后称量磨损掉下来的试样碎片的质量来表征材料的耐磨性能指标，耐磨性的指标是mg/1000圈。ASTM与ISO区别ASTM测试试样的厚度是3mm，而ISO测试试样为4mm。试样厚度的不同，将会导致测试结果的不同。测试结果的不同是因为测试方法的不同，而不是因为材料性能的不同。ISO测试方法不仅是测试条件，以及试样的尺寸与ASTM不同，而且ISO的测试试样需要根据ISO294的标准，以规定的加工条件来加工测试试样。冲击性能在标准的测试中，比如拉伸，弯曲测试，材料吸收能量是比较缓慢的，但是在现实的应用中，材料经常会吸收突如其来的能量，例如掉落的物体，大风，坍塌，高空坠落等。冲击测试的目的就是模拟这些情况，缺口与非缺口冲击测试就是表征材料在指定冲击应力下的行为，以此在表征材料的脆性与韧性。冲击测试的数据不能作为材料设计的依据。材料特定的行为可以通过测试不同条件下的测试实验来获得，比如改变缺口的大小和测试温度。冲击测试是在摆锤式悬臂梁冲击仪上实现的，试样被固定在夹具上，一个摆锤（具有固定半径的冲击刃）从固定的高度释放，使得试样能够吸收瞬时能量。摆常用的塑料测试方法简介4锤释放的高度与最后摆回去的高度差值代表了测试样条的断裂吸收的能量。测试需要在室温下进行，或者是低温下进行（表征材料的低温冲击韧性）。测试样条有不同的类型以及不同的缺口的尺寸。冲击测试的结果不是绝对的，除非测试样条的几何形状和实际最终使用的环境一致。如果两种材料的失效速率和失效的模式一样的话，那么材料在两种测试方法下的冲击性能是等同的。冲击性能的比较ASTM与ISO冲击性能对测试试样的厚度和分子取向很敏感。ASTM与ISO方法中使用的试样的厚度差别可能对冲击的影响很大。厚度从3mm变为4mm甚至通过分子质量和试样厚度对IZOD缺口冲击性能使失效方式发生改变，从塑性转成脆性（如图9所示）。但是在3mm显示脆性的材料如矿物和玻璃填充等级的材料不受影响。添加了冲击改性剂的材料也不受此因素的影响。图9：测试试样的厚度和分子取向对冲击性能的影响缺口冲击强度ASTMD256，ISO180缺口冲击强度已经成为比较材料冲击韧性的标准测试（如图10和11）。但是缺口冲击测试与制品在实际使用的环境的关系比较小。因为改变缺口敏感的材料，测试结果会有很大的改变。冲击测试主要是用来表征材料对缺口的敏感性而非抗冲能力。缺口冲击强度测试主要用来比较材料的韧性。缺口冲击测试对于一些带有尖角，尖的拐角，加强肋的制品的冲击韧性有很大的实际意义。常用的塑料测试方法简介5图10缺口冲击强度无缺口冲击测试的试样几何形状，测试负载与缺口试样一样，只是测试试样上没有缺口。这种测试比缺口冲击准确，是因为它减少了因铣缺口而造成的应力集中。冲击强度是用试样吸收的能量除以试样在缺口处的厚度和宽度的乘积得到的，单位是KJ/m2.ISO测试标准的不同反映了试样的类型和缺口的类型ISO180/1A是指1类试样和A缺口。如图10所示。试样的尺寸为长80mm，高10mm，厚4mm。ISO180/1U是指试样为1类型，但是夹具是反向的。ASTM测试方法中试样的长为63.5mm,更重要的是试样的厚度是3.2mm，而摆锤的半径和高度与ISO一致。常用的塑料测试方法简介6图11缺口冲击强度在ASTM标准中，冲击强度是用缺口处吸收的能量除以缺口试样的厚度来表征的。其单位是J/m。试样厚度的不同，对测试结果影响很大。Charpy冲击强度ASTMD256，ISO179Charpy和Izod测试最大的区别就是测试试样的放置不同。在Charp测试中，试样是水平放置在试样机上（如图12）。ISO标准的不同反映了试样和缺口的类型：ISO179/2C是指试样为2类型，缺口为C类型。IISO179/2D是指试样是2类型，但是无缺口。在DIN53453标准中，试样的尺寸与ISO标准相似。ISO与DIN中，冲击强度都是用是用试样吸收的能量除以试样在缺口处的面积。单位为KJ/m2.常用的塑料测试方法简介7图12Charpy冲击强度维卡软化温度ASTMD1525，ISO306，DIN53460维卡软化温度测试的目的主要是测试材料在那个温度下快速软化。塑料在液体传热介质中，在一定的负荷，一定的等速升温速率下，试样被1mm2压铮头压入1mm时的温度，即维卡软化温度。ISO306有两种标准：A：负载为10N。B：负载为50N，升温速率为50°C/h或者是120°C/h。在ISO中，经常用A50，A120，B50，B120来描述。测试样条浸润在被加热的油浴中，从23°C作为起始的升温温度。5min以后，10N或者50N的负载加载在测试试样上，当试样被压铮头压入1±0.01mm时油浴的温度即为VST。热变形温度ASTMD648,ISO75,DIN53461热变形温度表征了材料在一定能够负载下的短期耐热性能。本方法是测定材料试浸在一种等速升温的合适液体介质中，在简支梁的静弯曲负载作用下，试样弯曲变形达到规定能够值时候的温度，即热变形温度。常用的塑料测试方法简介8.图13热性能测试在ASTM和ISO标准中，加载了负载的测试样条浸润在带有加热棒的硅油中（入图14）。加载在试样上的压力为：低压力----0.45Mpa（ASTM和ISO标准）高压力――1.82Mpa（ASTM标准），1.80Mpa（ISO标准）。试样加载负载5min后调节变形测量装置，使得变形量为0，如果材料不发生明显的蠕变，就不需要等待这段时间，然后从室温23°C以2°C/min恒定的升温速度升温。当试样中点弯曲变形达到常用的塑料测试方法简介90.32mm(ISO）或者0.25mm(ASTM）时的温度为测试试样的热变形温度。图14热性能测试根据加载在表面压力的大小，HDT有两种，分别用字母A，B表示：HDT/A负载为1.80MpaHDT/B负载为0.45Mpa无定形与结晶材料的HDT对比对于无定形材料，HDT接近材料的玻璃化转变温度（Tg）。因为无定形材料没有固定的熔融温度，加工温度在高于Tg的橡胶态下进行。结晶材料的HDT较低，因为在较高的温度下仍然有部分晶区。对于无定形材料，HDT的重复性比结晶材料的要好，对于一些特定的材料，需要先退火处理，测试结果才有效。通常加入纤维补强后，塑料的HDT会上升，因为纤维补强可以大幅提升塑料的机械强度，以致在升温的耐挠曲测试时，会呈现HDT急剧升高的现象。纤维增强对结晶材料的HDT影响比无定形材料要明显。HDT不能代表材料的最高使用温度，因为在实际的使用过程中，材料的使用时间，负载，表面压力和标准测试的条件不一致。UL94概述常用的塑料测试方法简介10最常用的表征塑料阻燃等级的测试为UL94.根据燃烧速率，火焰熄灭时间，有没有滴落，阻燃等级可以分为几种。根据测试试样的厚度和颜色的不同，一种材料可以获得不同的阻燃等级。当指定材料的某种用途时，根据塑料制品的壁厚阻燃等级会有不同。所以在判定材料能达到什么样的阻燃等级的时候，一定要说明材料的厚度是多大。UL94阻燃等级：HB缓慢水平燃烧，对于厚度小于3mm时，燃烧速率小于76mm/min.厚度大于3mm时，燃烧速率小于38mm/min.V-0垂直燃烧测试试样，10秒钟内熄灭并且没有滴落。V－1垂直燃烧测试试样，30秒钟内熄灭并且没有滴落。V－2垂直燃烧测试试样，30秒钟内熄灭，允许有滴落。5V5VB测试试样被烧穿5VA测试试样没有被烧穿（最好的UL等级）需要指出的是，这项测试并不反映实际火情下材料的着火危险。UL94水平燃烧测试程序在阻燃性能要求高的环境下，HB级的材料是不允许使用的。总的来说，HB级别的材料不是用在电气产品中的，而是在医疗以及装饰使用。在通常人们的印象中，没有添加阻燃剂的材料达不到HB的要求，其实所有的结果都需要通过测试来实现（如图16）。UL94V0,V1,V2测试程序垂直燃烧测试（如图17）使用的测试样条与HB测试样条一致，在测试中，需要测试燃烧时间，什么时候滴落，滴落是否能使得棉花点燃等信息。V1和V2最大的区别就是看在燃烧过程中有没有滴落。常用的塑料测试方法简介11UL94-5V测试程序：步骤一：垂直安装一个标准可燃性试棒，使其经受五次127mm火焰，每次持续5秒。如果此后试棒燃烧时间短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，则通过测试。整个过程要对5个试棒进行重复测试。步骤二：同样厚度的试样板在水平位置经受同等火焰的测试，整个过程要对3个试样板重复进行测试。这个水平测试形成2个等级：5VB和5VA。5VB允许产生洞（烧穿）。5VA不允许产生洞。UL94－5VA是所有UL测试中最严格的，特别用于大型办公机械的防火罩。对于那些预期壁厚小于1.5mm的产品，应使用玻璃填充材料等级。常用的塑料测试方法简介12CSA可燃性CSAC22.2第0.6号这个加拿大标准协会的可燃性测试的方法与UL945V测试的方法相似。然而，这个测试更加严格：每次测试火焰要持续15秒。而且在前4次火焰测试中，试样必须在30秒内熄灭；在第五次测试后，火焰在60秒内熄灭（而UL94－5V的5次火焰测试各持续5秒）。满足CSA测试的结果也被认为满足UL94－5V。有限氧气指数ASTMD2863（ISO4589）有限氧气指数用来测量材料在受控环境中的相对可燃性。有限氧气指数是维持热塑性塑料材料火焰时，空气中所需的最低氧气含量。测试所用气体是外部控制的氮气和氧气的混合物。一个支撑的试样由引火火焰点燃，然后拿走引火火焰。在下面过程中，氧气浓度逐渐降低，直至试样不能维持燃烧。有限氧气指数或LOI定义为材料可以燃烧3分钟或50mm所需的最低氧气浓度。LOI值越高就越不容易燃烧。这项测试并不反映实际火情下材料的着火危险。常用的塑料测试方法简介13介电强度本方法是用连续均匀升压或者逐级升压（48Hz－62Hz）的方法，对测试试样施加交流电压，直至击穿，测试击穿电压，或者用迅速升压的方法，将电压声道规定值，保持一定的时间不击穿，测试试样的耐电压值。用击穿前的电压除以试样的厚度表征材料