塑 料 测 试 李尚禹,塑 料 测 试,一、塑料产品性能概述 二、塑料测试项目概述 三、塑料测试相关标准 四、塑料测试项目解析,一、塑料性能概述,塑料的特点： 质轻 - 与传统的金属、玻璃、陶瓷等材料相比它的突 出特点是质轻，同时它还是是热、电的不良导体。 强度 - 刚度虽低于金属，但比强度、比刚度却接近或 超过金属。 韧性 - 韧性明显优于玻璃和陶瓷、部分塑料的韧性可 接近或高于金属。 粘弹-对外加载荷的响应，金属、玻璃、陶瓷都是弹性 （线性）的，塑料却是粘弹性（非线性）的。,温度 - 金属、玻璃、陶瓷的力学性能在较大范围内受 温度影响较小，塑料对温度却很敏感。 湿度 - 湿度对金属、玻璃、陶瓷的力学性能基本无影 响，对塑料的影响却很明显。 加载速率 - 加载速率对金属等的力学性能有影响，对 塑料力学性能影响则更大。 腐蚀 - 金属大都存在锈蚀问题，许多塑料却是优异的 防腐耐蚀材料。 老化 - 金属、玻璃、陶瓷皆无老化问题，塑料在大气 环境中却存在老化问题。,不同材料为什么会有性能差别？,塑料与金属等材料性能上的不同，源于它们化学组成及结构的不同。 由于塑料在分子结构上与其他材料不同，所以使其具有特殊的性能和不可代替的应用领域。 由于它们结构的特殊之处，所以其表征（结构）和测试（性能）也有许多特点。,表征和测试的概念,“表征” 常用于评价塑料的分子结构特性。 表征手段如：GPC、X光衍射、NMR、MS、UV、IR、DSC、TGA等。 “测试” 则用于塑料对外加负荷、环境等作用所引起的响应行为的评价。 “测试”并非仅限于塑料树脂性能的测试。除了测试树脂之外，还常常测试树脂制成品塑料制件的性能，以保证合适的最终产品使用性能的要求（检测）。,表征与测试作用,表征对材料结构的确定和性能预测非常重要： 分子量、分子量分布、立构规整度、支化或化学不均匀性、形态特性（如结晶度）。 表征数据的分析主要是为了建立结构与性能之间的关系，这对于材料性能预测及产品设计来说是非常重要的。 测试对于材料的性能了解及产品设计非常重要： 产品技术数据表中的数据一般只是单点数据，这对于材料的初步筛选与比较己是足够了，然而，这些数据对于设计和工程分析，从理论上则是不够的，因为这数据与产品最终使用性能的关系不大，而且极难从中看出在实际应用中如何用好这种材料。,塑料表征和测试的必要性： 评价材料的性能，以确定其对所需应用的适用性； 评价材料是否满足有关安全规定等要求； 评估各批产品之间质量及其一致性； 满足用户对材料的专门评价。,材料的结构、性能、应用： 材料性能评价包括结构性能之间的关系以及比较一种产品与另一种产品的使用特性。 对于新产品的开发了解结构与性能之间的关系可深入探求其使用性能，以便决定是否进一步投入、开发。 了解材料结构与性能的关系对于材料（产品）设计是很重要的。而材料（产品）之间的性能比较对于寻找适合的材料是必要的。,举例：零配件装配设计与材料性能及应关注的测试项目,搭扣配合：拉伸模量 正割模量 蠕变模量 剪切模量泊松比 拉伸屈服应力 摩擦系数 螺栓连接：压缩强度 拉伸蠕变破裂应力 拉伸蠕变应变 应力松弛,螺纹连接：剪切强度 摩擦系数 拉伸屈服应力 压配合：拉伸模量 压缩模量 蠕变模量 泊松比 压缩强度 拉伸屈服应力 拉伸蠕变 破裂应力 应力松弛 可焊接性：剪切强度 密度 摩擦系数 导热率 比热 结晶熔融温度,玻璃化转变温度（无定形材料） 熔融温度（半结晶材料） 熔融热焓（半结晶材料） 磨擦系数导热率 比热 熔体粘度 单轴拉伸粘度 结晶温度（半结晶材料） 结晶热焓（半结晶材料） 结晶动力学（半结晶材料）,举例：材料挤出成型中应关注的测试项目,二、塑料测试项目概述,1，塑料性能分类 2、塑料测试项目,塑料性能分类,结构表征 物理、化学性质； 力学性能； 热性能； 电性能； 老化性能； 流变性能; 透过性能； 光学性能； 磁学性能; 生物学性能; 元素分析。,塑料测试项目,1、结构表征测试项目,近程结构测试（化学法、裂解色谱法、红外光谱法、X射线衍射法、核 磁共振法、质谱法） 晶体参数测定（ X射线衍射法） 结晶度测试 （红外光谱法、密度法、 X射线衍射法） 取向度测定 （热导法、广角X射线衍射法、声速各向异性法、光学双 折射发、红外二向色性）,塑料测试项目,1、结构表征测试项目,分子运动测定（膨胀计法、差示扫描量热法、力学松弛法、介电松弛 法、 核磁共振法） 相对分子量和相对分子量分布测定（膜渗透压法、光散射 法、黏度法、质谱法。沉淀分级、溶解分级、梯度淋洗分级、超 速离心沉降速度法、体积排阻色谱法（SEC）、电子显微镜法） 交联度测定（溶胀法）,密度和相对密度测定： 浸渍法、比重瓶法、浮沉法、密度梯度法。 吸水性及水含量：试样在经过下燥后，在规定的试样尺寸、规定的温 度、规定的浸水时间下的吸水量。 耐化学药品性：塑料耐酸、耐碱、耐溶剂和其他化学品的能力。 溶解性和黏度：溶解法、毛细管法、落球法。 透气性和透湿性：压差法、杯试法、,2、物理、化学测试项目,3、力学性能测试项目,拉伸性能测定；应变、应力、拉伸强度、断裂伸长率、弹性 模量、屈服点。 弯曲性能测定；挠度、弯曲应力、弯曲强度、弯矩、弯曲弹 性模量。 压缩性能；压缩应力、压缩应变、压缩形变、压缩强度、压缩 模量、细长比。 剪切性能；按受力形式：单面拉伸剪切、单面压缩剪切、双面 压缩剪切、纯剪切。剪切应力、剪切强度、层间剪切强度、 缎纹剪切强度、屈服剪切强度、剪切弹性模量。,3、力学性能测试项目, 冲击性能； 一般：摆锤冲击、落球冲击、高速拉伸冲击。 按温度：常温冲击、低温冲击、高温冲击。 按受力状态：弯曲冲击、拉伸冲击、扭转冲击、剪切冲击。 按能量和冲击次数：大能量一次冲击、小能量的多次冲击。 摆锤冲击（简支梁冲击、悬臂梁冲击）无缺口冲击强度、有 缺口冲击强度、相对冲击强度。 落锤冲击；（梯度法）落锤冲击强度。 高速拉伸冲击；速度大于500mm/min 仪器化冲击；冲击全过程力、时间、形变、能量关系。 跌落冲击；直接测试方法，分水平坠落和角坠落。,3、力学性能测试项目,蠕变及应力松弛性能； 拉伸蠕变、压缩蠕变、弯曲蠕变、 剪切蠕变。蠕变应力、蠕变应变、蠕变模量、蠕变极限强度。 应力松弛性能；杠杆法 硬度试验； 是弹性、塑性、韧性综合， 分三类:A、耐球形顶针压入：布氏、维氏、努普、巴科尔、邵 氏、球压痕硬度。 B、对尖头的抗划痕性：比尔鲍姆、莫斯硬度 C、回弹性：邵氏、洛氏硬度,3、力学性能测试项目,疲劳试验； 施加负荷方式分拉压、弯曲、扭转、冲击、组合应力疲劳试验。 应力应变大小分为应力振幅一定和应变振幅一定及变动应力应变实验。 恒定振幅法（ASTM） 橡胶疲劳（受力、热）压缩屈挠实验、屈挠疲劳实验、伸张疲劳试验、回转屈挠疲劳实验。,3、力学性能测试项目,摩擦及磨耗实验； 摩擦系数测定、磨耗性能测定、塑料摩擦磨损试验。 橡胶摩擦；恒牵引力式摩擦、拉伸式恒牵引力式摩 擦、摆式摩擦。 橡胶磨耗；磨损磨耗、疲劳磨耗、卷曲磨耗、邵坡 尔磨耗、阿克隆磨耗、兰伯磨耗。,4、热性能测试项目,热稳定性；尺寸稳定性、负荷下热变形温度、线性收 缩率、失强温度、线性膨胀率。 热物理性；玻璃化温度、熔点或软化温度（毛细管法 、偏光显微镜法）、热导率、比热容。 流动性；熔体流动速度（MFR）、凝胶点。 耐寒性；失强温度、低温脆化温度、低温伸长保留率 、橡胶低温钢性温度(吉门扭转仪)。 温度冲击；温度冲击试验。,5、电性能测试项目,绝缘性能；介电强度（击穿电压）、介电常数、介电 损耗、体积电阻率、表面电阻率。 耐电弧性；抵抗高压电弧能力。,6、老化性能测试项目,自然老化试验；大气老化试验、光解性塑料户外暴露 实验、硫化橡胶自然储存老化试验、。 热老化试验；常压法热老化试验、高压氧和高压热空 气老化试验、恒定湿热条件下的暴露实验。 硫化橡胶耐臭氧老化试验；耐臭氧老化试验。 人工天候老化试验；人工天候老化试验。 光老化试验；人工加速光老化试验、紫外老化试验、 红外老化试验、阳光间接暴露试验、时间温度极限测定。,7、流变性能测试项目,剪切黏度；毛细管挤出法、锥板黏度法、同轴圆筒黏 度计法。 拉伸黏度；梅斯纳法。 熔体弹性；弹性剪切模量、拉伸弹性。,8、透过性能测试项目,气体透过性；空气透气量测试、透湿量测试。 液体透过性；透水试验。,9、光学性能测试项目,折光性能；折射仪法、显微镜法。 透光性能；透光率、雾度。,10、磁学性能测试项目,有机磁性高聚物磁性,11、生物学性能测试项目,微生物降解性能；降解性能测试。 抗菌性能；抗细菌性能测试、抗霉菌性能测试。 生物体降解性能；生物体内自吸收测试。,12、元素分析,聚合物内不同种类元素分析； ICP、原子荧光、X射线能谱仪、原子吸收等。,三、塑料相关标准,主要的标准 ASTM 美国材料试验学会标准 AFNOR 法国标准化协会标准 BSI 英国标准协会标准 DIN 德国标准化学会标准 JlS 日本工业标准 ISO 国际标准化组织标准 IEC 国际电工技术委员会标准 企业标准巴斯夫、大众、通用、丰田等。,塑料的主要性能参数标准对照,塑料的主要性能参数标准对照,塑料的主要性能参数标准对照（加工）,塑料的主要性能参数标准对照（加工）,塑料的主要性能参数标准对照（表征）,塑料的主要性能参数标准对照（物理、化学）,四、塑料测试项目解析,解析重点： 测试项目、测试目的、与材料化学 结构的关系、相关定义、测试原理、使 用仪器简介。,1、结构表征 进程结构测试； 目的：结构单元的化学组成、键接方式、立体构型、序 列、杂质。 方法：化学法、裂解色谱法、红外光谱法、X射线衍射 法、核磁共振法、质谱法。 设备：,1、结构表征 晶体参数测定； 目的：判断高聚物是否结晶、确定晶系、晶胞参数。形成晶态后性质变化。 方法：光学显微镜、x射线衍射法。 设备：,1、结构表征 结晶度测试 ； 目的：判断高聚物结晶部分含量。与性能关系大。 方法：红外光谱法、密度法、 X射线衍射法。 设备：,1、结构表征 取向度测定； 目的：分子链、链段、晶粒、晶片取向度对材料拉伸性 能及韧性都有影响。 方法：热导法、广角X射线衍射法、声速各向异性法、 光学双折射发、红外二向色性。 设备：,1、结构表征 分子运动测定； 目的：高聚物分子运动将影响其热力学性能、力学性能 、电磁性能。 方法：膨胀计法、差示扫描量热法、力学松弛法、介电 松弛法、 核磁共振法。 设备：,1、结构表征 相对分子量和相对分子量分布测定； 目的：高聚物分子量及其分布影响其热力学性能，如拉伸冲击。同 时还影响其加工性能（相对分子量大，影响流变，溶液，加 工。） 方法：膜渗透压法、光散射法、黏度法、质谱法。沉淀分级、溶解 分级、梯度淋洗分级、超速离心沉降度法、体积排阻色谱法 （SEC）、电子显微镜法。 设备：,1、结构表征 相对分子量和相对分子量分布测定； 目的：高聚物分子量及其