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工程塑料材料测试方法
点击次数:3415 发布时间:2009-11-24 返回

机械测试

应力拉伸强度、应变和模量ASTM D 638(ISO 527)

理解材料性能的基础是有了解关材料在负荷作用下的变化。知道了一定负荷(应力)引起的变形量(应变)后,设计者就可以开始预测产品在工作环境下的情况.
拉紧情况下的应力/应变关系是使用zui广泛的用于比较材料或设计产品的机械性能。

拉伸应力/应变关系是这样确定:一个狗骨形的试样(见图14-2)以恒定速率拉长,记录下所加负荷和伸长量,然后计算应力和应变:

 

· 应力

 

 

负荷/zui初截面积单位

 

 

MPa (psi)

 

 

· 应变

 

(延长长度/原长度)×100%;

 其它由应力/应变关系决定的机械性能有:

其它由应力/应变关系决定的机械性能有:

 

 

  • 模量

     

应力/应变

 

 

MPa (psi)

 

 

  • 弯曲时应力强度

     

zui初zui大应力

 

 

MPa (psi)

 

 

  • 断裂时应力

     

失效时的应力

 

 

MPa (psi)

 

 

  • 断裂应变

     

失效时的应变或zui大延长长度

 

 

 

 

 

%

 

 

  • 比例极限

     

开始呈现非线性关系时的值

 

 

 

 

 

-

 

 

  • 弹性模量

     

比例极限下的模量

 

 

MPa (psi)

弯曲强度和模量ASTM D 790(ISO 178)

弯曲强度用来衡量材料抵抗弯曲的能力,也就是材料的刚度。和拉伸负荷不同,所有的负荷都加在同一方向上。在试样中部加上一个简单的活动支撑梁,产生三点载荷(见下图)。在标准测试机上,加载鼻以2mm/min的恒定速度压向试样。

通过记录下来的数据画出负荷挠曲曲线,然后计算出弯曲模量。这要用到五个负荷和挠曲并采用曲线刚开始的一段线性部分

在需要说明弯曲性能时,弯曲模量(应力与应变的比值)是使用zui广泛的。弯曲模量相当于应力/应变曲线**料未变形部分的切线的斜率

弯曲应力和弯曲模量的值以Mpa(psi)为单位。

冲击测试

在标准测试,如拉伸或弯曲测试中,材料缓慢吸收能量。而在实际生活中,材料经常遭受迅速的冲击:下落物体、突然打击、碰撞、跌落等。冲击测试的目的就是模拟这些情况。Izod和Charpy方法被用来测验试样受到一定的冲击力作用时的状态,并估计其脆性或韧性。但这种数据不能用作元件设计计算时的数据来源。一种材料的典型状态可以通过在不同条件、不同缺口半径和测试温度下测定不同类型的试样而获得。

两种测试都在摆锤冲击实验机上进行。试样夹在夹具上,有一定半径的硬化钢冲击刃的摆锤从预定高度落下,导致试样受到突然负载而剪切。摆锤的剩余能量使它上升:根据下降高度和回升高度的差值可以求得试棒断裂需要的能量。这个测试可以在室温下进行,也可以在低温下进行,以测量低温脆性。试棒的类型和缺口尺寸可以不同。

重物落下冲击测试,如Gardner和Flexed板的结果与落下重物和支持物的几何形状有关。它们只能用于测定材料相对等级。

除非测试设备和试样的几何形状与zui终使用要求一致,否则冲击值不能化。如果失效模式和冲击速度相同的话,通过各种测试方法得到的材料相对等级应该相同。

冲击值的说明-ASTM与ISO比较

冲击性能对试样厚度和分子取向很敏感。ASTM和ISO方法中使用的试样厚度差别可能对冲击值有很大影响。厚度从3mm变为4mm甚至能够通过分子质量和试样厚度对Izod缺口冲击的影响使失效方式发生转变,从塑性转变为脆性性能(见图14-9中所示LEXAN聚碳酸酯树脂)。但在3mm厚度时已经显示出脆性的材料,如矿物和玻璃填充等级的材料不受影响。冲击强化的材料也不会受到影响。

然而必须意识到——材料没有改变,改变的只是测试方法;这里提到的塑性/脆性转变很少在实际生活中出现:零件厚度大多为3mm或更小。

Izod冲击强度ASTM D 256(ISO 180)

缺口Izod冲击测试已经成为比较塑料材料抗冲击能力的标准(见图14-10和14-11)。然而,这个测试测出的模型零件的性能和实际环境中测出的冲击性能没有相关性。因为材料的缺口敏感性不同,这个测试对某些材料的影响可能会大于另一些材料。尽管它们经常被用来测量材料的抗冲击能力,但这项测试更趋向于测量塑料的缺口敏感性而非其抗冲击能力。测试值被广泛接受为比较材料韧性的参考值。缺口Izod测试在确定具有许多尖角的零件,如加强筋、交*墙和其它增加应力的零件的抗冲击力时效果。无缺口Izod测试使用同样的负载分布,只是试样上没有缺口(或者说试样被反过来夹紧)。因为没有引起应力集中的部位,这种测试的结果总是高于缺口测试的结果。

ISO命名反应了试样类型和缺口类型:

 #ISO 180/1A表示试样类型1和缺口类型A。如图14-10所示,试样类型1的尺寸是长80mm,宽10mm,厚4mm。

 #ISO 180/1U表示同样的试样类型1,但反向夹紧,(说明没有缺口)。使用ASTM方法的试样尺寸相似,缺口半径和高度相同,但长度不同:63.5mm,而且更重要的在于厚度:3.2mm。

#ISO的结果定义为破碎试样的以焦耳为单位的能量除以试样的缺口面积。结果的单位为kJ/m2。

ASTM的结果定义为以焦耳为单位的冲击能量除以缺口长度(试样的厚度)。其单位为J/m。

如分别讨论时所示的那样,试样厚度的不同可能导致不同的冲击强度说明。

燃性测试

UL 94*总体 可燃性UL94等级是应用zui广泛的塑料材料可燃性能标准。它用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴珠是否燃烧可有多种评判方法。每种被测材料根据颜色或厚度都可以得到许多值。当选定某个产品的材料时,其UL等级应满足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等级应与厚度值一起报告,只报告UL等级而没有厚度是不够的。UL 94等级总结:

 

HB

 

 

厚度<3mm的水平试样缓慢燃烧,燃烧速度<76mm/min。

 

 

V-0

 

 

垂直试样在10秒内停止燃烧;不允许有液滴。

 

 

V-1

 

 

垂直试样在30秒内停止燃烧;不允许有液滴。

 

 

V-2

 

 

垂直试样在30秒内停止燃烧;允许有燃烧物滴下。

 

 

5V

 

 

对试棒燃烧5次,每次火焰都大于V测试中的火焰,每次持续5秒。燃烧在60秒内停止。

 

 

5VB

 

 

试样板被烧穿(产生一个洞)。

 

 

5VA

 

 

试样板未被烧穿(没有产生洞)-ULzui高等级。

 

 

1,UL 94 HB*水平测试过程

对可燃性有安全方面的要求时,不允许使用HB材料。通常情况下HB级的材料不能于电器,但机械或装饰品除外。有时,人们会有误解:非FR材料(或没有打算用作FR材料的材料)不会自动满足HB的要求。尽管zui不严格,UL 94 HB仍是一个可燃性分类等级,必须经测试检测。

 2,UL 94 V0,V1和V2*垂直测试过程

 垂直测试(见图14-17)使用与HB检测中相同的试样。燃烧时间、发光时间、何时开始滴落以及下面的棉花是否被引燃都应注明。燃烧滴落被认为是燃烧扩散的主要原因,也是区分V1与V2的标准。

 上图14-17 UL 94 V0,V1,V2垂直测试过程

3,UL 94-5V*垂直测试过程

UL 94-5V是所有UL测试中zui严格的(见图14-18)。

上图14-18 UL 94-5V垂直测试过程,它包括两个步骤:

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zui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。

4,CSA可燃性CSA C22.2 第0.6号,测试A*

这个加拿大标准协会的可燃性测试的方法与UL 94 5V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UL 94-5V。

5,有限氧气指数ASTM D 2863(ISO 4589)*

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zui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zui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。

光学测试

模糊与光透射ASTM D 1003

模糊产生于光在材料中的散射,受到分子结构、结晶度或聚合物表面或内部不纯净的影响。模糊只适于半透明或透明的材料,不适于不透明材料。有时人们认为模糊是光泽的反义词,即吸收入射光线。然而,模糊测试方法实际上测量的是半透明材料对光线的吸收、透射和偏向。

试样放在一窄束强光的信道中,使其中一些光通过试样,另一些未受阻挡继续前进。两部分光线都进入安装了光线探测器的球中。必须确定两个量:

*光线的总强度*模糊度,或偏转角大于2.5°的入射光线的量。根据这两个量可以算出两个值:

1,模糊度,或偏转角大于2.5°的入射光线的比例

2,光透射量,或透过试样的入射光线的比例。

光泽ASTM D 523

光泽是指表面在某些方向上的反射能力强于其它方向。光泽可以用光泽计测量。一束强光从试样表面沿一定方向反射,反射光的亮度由光电探测器测出。多数情况下使用60°角,更有光泽的材料可以选用20°角,无光泽的材料选用85°角。光泽计用一块光泽值为100的黑色玻璃进行校准。塑料的光泽度很低,且受注塑方法影响很大。

模糊度和光泽度

模糊度和光泽度测试测量材料反射和透射光线的能力,并将透明和闪亮等性质量化。但模糊度仅适用于透明和半透明的材料,而光泽度可用于任何材料。光泽度和模糊度测试都很。但是它们经常用于测量外观,也就是一个很主观化的概念。模糊度和光泽度之间的关系和人们如何鉴定塑料的透明和发亮等级还不确定。

折射系数ASTM D 542

一束光线沿一定角度透过透明试样。光线的偏转--在光线通过试样时由试样产生--就是折射系数,由sin a除以sin b得到。

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