工程塑料材料測試知識

                                                   工程塑料材料測試知識
理解材料性能的基礎是有了解關材料在負荷作用下的變化。知道了一定負荷（應力）引起的變形量（應變）后，設計者就可以開始預測產品在工作環境下的情況.
拉緊情況下的應力/應變關系是使用Z廣泛的用于比較材料或設計產品的機械性能。

拉伸應力/應變關系是這樣確定：一個狗骨形的試樣（見圖14－2）以恒定速率拉長，記錄下所加負荷和伸長量，然后計算應力和應變：

 · 應力
 負荷/Z初截面積單位 
 MPa （psi）
· 應變 
 （延長長度/原長度）×;
 其它由應力/應變關系決定的機械性能有：

其它由應力/應變關系決定的機械性能有：
模量 
 
 應力/應變

MPa （psi）
彎曲時應力強度 
 
 Z初Z大應力
MPa （psi）

斷裂時應力 
 
 失效時的應力
 MPa （psi）
斷裂應變 
 
 失效時的應變或Z大延長長度
比例極限 
 
 開始呈現非線性關系時的值
彈性模量 
 
 比例極限下的模量
 MPa （psi）
 彎曲強度和模量ASTM D 790（ISO 178）

彎曲強度用來衡量材料抵抗彎曲的能力，也就是材料的剛度。和拉伸負荷不同，所有的負荷都加在同一方向上。在試樣中部加上一個簡單的活動支撐梁，產生三點載荷（見下圖）。在標準測試機上，加載鼻以2mm/min的恒定速度壓向試樣。

通過記錄下來的數據畫出負荷撓曲曲線，然后計算出彎曲模量。這要用到五個負荷和撓曲并采用曲線剛開始的一段線性部分

在需要說明彎曲性能時，彎曲模量（應力與應變的比值）是使用Z廣泛的。彎曲模量相當于應力/應變曲線**料未變形部分的切線的斜率

彎曲應力和彎曲模量的值以Mpa（psi）為單位。

沖擊測試 
在標準測試，如拉伸或彎曲測試中，材料緩慢吸收能量。而在實際生活中，材料經常遭受迅速的沖擊：下落物體、突然打擊、碰撞、跌落等。沖擊測試的目的就是模擬這些情況。Izod和Charpy方法被用來測驗試樣受到一定的沖擊力作用時的狀態，并估計其脆性或韌性。但這種數據不能用作元件設計計算時的數據來源。一種材料的典型狀態可以通過在不同條件、不同缺口半徑和測試溫度下測定不同類型的試樣而獲得。

兩種測試都在擺錘沖擊實驗機上進行。試樣夾在夾具上，有一定半徑的硬化鋼沖擊刃的擺錘從預定高度落下，導致試樣受到突然負載而剪切。擺錘的剩余能量使它上升：根據下降高度和回升高度的差值可以求得試棒斷裂需要的能量。這個測試可以在室溫下進行，也可以在低溫下進行，以測量低溫脆性。試棒的類型和缺口尺寸可以不同。

重物落下沖擊測試，如Gardner和Flexed板的結果與落下重物和支持物的幾何形狀有關。它們只能用于測定材料相對等級。

除非測試設備和試樣的幾何形狀與Z終使用要求一致，否則沖擊值不能化。如果失效模式和沖擊速度相同的話，通過各種測試方法得到的材料相對等級應該相同。

沖擊值的說明－ASTM與ISO比較

沖擊性能對試樣厚度和分子取向很敏感。ASTM和ISO方法中使用的試樣厚度差別可能對沖擊值有很大影響。厚度從3mm變為4mm甚至能夠通過分子質量和試樣厚度對Izod缺口沖擊的影響使失效方式發生轉變，從塑性轉變為脆性性能（見圖14－9中所示LEXAN聚碳酸酯樹脂）。但在3mm厚度時已經顯示出脆性的材料，如礦物和玻璃填充等級的材料不受影響。沖擊強化的材料也不會受到影響。

然而必須意識到——材料沒有改變，改變的只是測試方法；這里提到的塑性/脆性轉變很少在實際生活中出現：零件厚度大多為3mm或更小。

Izod沖擊強度ASTM D 256（ISO 180）

缺口Izod沖擊測試已經成為比較塑料材料抗沖擊能力的標準（見圖14－10和14－11）。然而，這個測試測出的模型零件的性能和實際環境中測出的沖擊性能沒有相關性。因為材料的缺口敏感性不同，這個測試對某些材料的影響可能會大于另一些材料。盡管它們經常被用來測量材料的抗沖擊能力，但這項測試更趨向于測量塑料的缺口敏感性而非其抗沖擊能力。測試值被廣泛接受為比較材料韌性的參考值。缺口Izod測試在確定具有許多尖角的零件，如加強筋、交*墻和其它增加應力的零件的抗沖擊力時效果。無缺口Izod測試使用同樣的負載分布，只是試樣上沒有缺口（或者說試樣被反過來夾緊）。因為沒有引起應力集中的部位，這種測試的結果總是高于缺口測試的結果。

ISO命名反應了試樣類型和缺口類型：

 #ISO 180/1A表示試樣類型1和缺口類型A。如圖14－10所示，試樣類型1的尺寸是長80mm，寬10mm，厚4mm。

 #ISO 180/1U表示同樣的試樣類型1，但反向夾緊，（說明沒有缺口）。使用ASTM方法的試樣尺寸相似，缺口半徑和高度相同，但長度不同：63.5mm，而且更重要的在于厚度：3.2mm。

#ISO的結果定義為破碎試樣的以焦耳為單位的能量除以試樣的缺口面積。結果的單位為kJ/m2。

ASTM的結果定義為以焦耳為單位的沖擊能量除以缺口長度（試樣的厚度）。其單位為J/m。

如分別討論時所示的那樣，試樣厚度的不同可能導致不同的沖擊強度說明。

燃性測試

UL 94*總體 可燃性UL94等級是應用Z廣泛的塑料材料可燃性能標準。它用來評價材料在被點燃后熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。每種被測材料根據顏色或厚度都可以得到許多值。當選定某個產品的材料時，其UL等級應滿足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等級應與厚度值一起報告，只報告UL等級而沒有厚度是不夠的。UL 94等級總結：

HB
 
 厚度<3mm的水平試樣緩慢燃燒，燃燒速度<76mm/min。
V-0
 
 垂直試樣在10秒內停止燃燒；不允許有液滴。 
 
V-1 
 垂直試樣在30秒內停止燃燒；不允許有液滴。

V-2 
 垂直試樣在30秒內停止燃燒；允許有燃燒物滴下。
5V
對試棒燃燒5次，每次火焰都大于V測試中的火焰，每次持續5秒。燃燒在60秒內停止。

 5VB
試樣板被燒穿（產生一個洞）。

5VA

試樣板未被燒穿（沒有產生洞）－ULZ高等級。

 1，UL 94 HB*水平測試過程

對可燃性有安全方面的要求時，不允許使用HB材料。通常情況下HB級的材料不能于電器，但機械或裝飾品除外。有時，人們會有誤解：非FR材料（或沒有打算用作FR材料的材料）不會自動滿足HB的要求。盡管Z不嚴格，UL 94 HB仍是一個可燃性分類等級，必須經測試檢測。

 2，UL 94 V0，V1和V2*垂直測試過程

 垂直測試（見圖14－17）使用與HB檢測中相同的試樣。燃燒時間、發光時間、何時開始滴落以及下面的棉花是否被引燃都應注明。燃燒滴落被認為是燃燒擴散的主要原因，也是區分V1與V2的標準。

 上圖14－17 UL 94 V0，V1，V2垂直測試過程

3，UL 94－5V*垂直測試過程

UL 94－5V是所有UL測試中Z嚴格的（見圖14－18）。

上圖14－18 UL 94－5V垂直測試過程，它包括兩個步驟：

步驟一：
垂直安裝一個標準可燃性試棒，使其經受五次127mm火焰，每次持續5秒。如果此后試棒燃燒時間短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，則通過測試。整個過程要對5個試棒進行重復測試。

步驟二：
同樣厚度的試樣板在水平位置經受同等火焰的測試，整個過程要對3個試樣板重復進行測試。這個水平測試形成2個等級：5VB和5VA。5VB允許產生洞（燒穿）。5VA不允許產生洞。

UL94－5VA是所有UL測試中Z嚴格的，特別用于大型辦公機械的防火罩。對于那些預期壁厚小于1.5mm的產品，應使用玻璃填充材料等級。

4，CSA可燃性CSA C22.2 第0.6號，測試A*

這個加拿大標準協會的可燃性測試的方法與UL 94 5V測試的方法相似。然而，這個測試更加嚴格：每次測試火焰要持續15秒。而且在前4次火焰測試中，試樣必須在30秒內熄滅；在第五次測試后，火焰在60秒內熄滅（而UL94－5V的5次火焰測試各持續5秒）。滿足CSA測試的結果也被認為滿足UL 94－5V。

5，有限氧氣指數ASTM D 2863（ISO 4589）*

有限氧氣指數用來測量材料在受控環境中的相對可燃性。有限氧氣指數是維持熱塑性塑料材料火焰時，空氣中所需的Z低氧氣含量。

測試所用氣體是外部控制的氮氣和氧氣的混合物。一個支撐的試樣由引火火焰點燃，然后拿走引火火焰。在下面過程中，氧氣濃度逐漸降低，直至試樣不能維持燃燒。有限氧氣指數或LOI定義為材料可以燃燒3分鐘或50mm所需的Z低氧氣濃度。LOI值越高就越不容易燃燒。

這項測試并不反映實際火情下材料的著火危險。

光學測試

模糊與光透射ASTM D 1003

模糊產生于光在材料中的散射，受到分子結構、結晶度或聚合物表面或內部不純凈的影響。模糊只適于半透明或透明的材料，不適于不透明材料。有時人們認為模糊是光澤的反義詞，即吸收入射光線。然而，模糊測試方法實際上測量的是半透明材料對光線的吸收、透射和偏向。

試樣放在一窄束強光的信道中，使其中一些光通過試樣，另一些未受阻擋繼續前進。兩部分光線都進入安裝了光線探測器的球中。必須確定兩個量：

*光線的總強度*模糊度，或偏轉角大于2.5°的入射光線的量。根據這兩個量可以算出兩個值：

1，模糊度，或偏轉角大于2.5°的入射光線的比例

2，光透射量，或透過試樣的入射光線的比例。

光澤ASTM D 523

光澤是指表面在某些方向上的反射能力強于其它方向。光澤可以用光澤計測量。一束強光從試樣表面沿一定方向反射，反射光的亮度由光電探測器測出。多數情況下使用60°角，更有光澤的材料可以選用20°角，無光澤的材料選用85°角。光澤計用一塊光澤值為100的黑色玻璃進行校準。塑料的光澤度很低，且受注塑方法影響很大。

模糊度和光澤度

模糊度和光澤度測試測量材料反射和透射光線的能力，并將透明和閃亮等性質量化。但模糊度僅適用于透明和半透明的材料，而光澤度可用于任何材料。光澤度和模糊度測試都很。但是它們經常用于測量外觀，也就是一個很主觀化的概念。模糊度和光澤度之間的關系和人們如何鑒定塑料的透明和發亮等級還不確定。

折射系數ASTM D 542

一束光線沿一定角度透過透明試樣。光線的偏轉--在光線通過試樣時由試樣產生--就是折射系數，由sin a除以sin b得到。