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常见塑料物性的检测及标准


常见塑料物性的检测及标准

流动系数 (1)测试的标准:ASTM D1238 (2)常用的测试标准的量测仪器是溶液指数计(Melt Indexer). (3)流动系数检测方法:是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。它是美国量测标准协会(ASTM)根据 美国杜邦公司(Du Pont)惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成,其测试方法是先让塑料粒在一定时间(10 分钟

)内、一定温度及压力(各种材料标准不同)下,融化成塑料流体,然后通过一直径为 2.1mm 圆管所 流出的克(g)数。其值越大,表示该塑胶材料的加工流动性越佳,反之则越差。 (4) 测试的具体操作过程是: 将待测高分子 (塑料) 原料置入小槽中, 槽末接有细管, 细管直径为 2.095mm, 管长为 8mm。加热至某温度后,原料上端藉由活塞施加某一定重量向下压挤,量测该原料在 10 分钟内所被 挤出的重量,即为该塑料的流动指数。有时您会看到这样的表示法?MI 25g/10min,它表示在 10 分钟内该 塑料被挤出 25 克。一般常用塑料的 MI 值大约介于 1~25 之间。MI 愈大,代表该塑料原料粘度愈小及分子 重量愈小,反之则代表该塑料粘度愈大及分子重量愈大。 收缩率



测试的标准:ASTM D955 塑胶制品经冷却、固化并脱模成形后,其尺寸与原模具尺寸之差的百分比。

(3) 因结构不同的关系,结晶性塑料与非结晶性塑料的收缩率存在明显的差异。一般地,结晶性塑料的 收缩率比非结晶性塑料的收缩率大上好几倍(如下表所示)。同时有添加玻璃纤维或其它强化剂的塑胶材 料,其收缩率可降低好几倍。影响成型收缩的因素有热收缩、结晶度(热塑性)或硬化度(热固性)、弹 性回复、分子配向、与成型条件等因素。 <1>热塑性塑料 塑料名称 ABS AS CA CAB CAP CP EC EPS FEP FRP EVA HDPE HIPS 成形收缩率(%) 0.3~0.8 0.2~0.7 0.3~0.8 0.4~0.5 1 0.4~0.5 0.4~0.5 0.4 3.0~4.0 0.1~0.4 0.5~1.5 1.2~2.2 0.2~1.0 塑料名称 PA PA-6 PA-66 PA-610 PA-612 PA-11 PA-12 PAR PBT PC PCTFE PE PET 成形收缩率(%) 0.6~2.5 0.5~2.2 0.5~2.5 1.2 1.1 1.2 0.3~1.5 0.8~1.0 1.3~2.4 0.4~0.7 0.2~2.5 0.5~2.5 2.0~2.5 塑料名称 POM PP PPO PPS PS PVA PVAC PVB 硬质 PVC 软质 PVC PVCA PVDC PVFM 成形收缩率(%) 0.8~3.5 1.0~2.5 0.5~0.7 0.6~1.4 0.2~1.0 0.5~1.5 0.5~1.5 0.5~1.5 0.1~0.5 1.0~5.0 1.0~5.0 0.5~2.5 0.5~1.5

LCP LDPE <2>热固性塑料 塑料名称 EP MF PDAP PF PU 热膨胀系数

0.1~1.0 1.5~3.0

PES PMMA

0.5~1.0 0.2~0.8

SAN SB

0.2~0.6 0.2~1.0

成形收缩率(%) 0.1~0.5 0.5~1.5 0.1~0.5 0.4~0.9 0.6~0.8

塑料名称 SP UF UP DAP BMC

成形收缩率(%) 0.0~0.5 0.6~1.4 0.1~1.2 0.1~0.5 0.0~0.2



测试的标准:ASTM D696 塑料加热时尺寸膨胀的比率 由于一般塑料的热膨胀系数比金属大 2~10 倍,因此在设计模具、塑料与金属并用的器具、塑料 的钳核物时,必须详加考虑,以防止因内部应力而造成产品的龟裂变形。

玻璃转移点(TG) 玻璃转移点(TG)



当塑料的温度达到玻璃转移点时,其分子键的分枝开始局部脉动,塑料便由玻璃状变成橡胶状。 当聚合物的温度在 Tg 时,会由较高温下呈现的橡胶态,转至低温下所呈现的具坚硬易脆性质的玻 璃状。结晶性塑料有明显的 Tg 及潜热值,聚合物是呈现橡胶态还是玻璃状全视 Tg 与当时使用时 的温度而定,故 Tg 为聚合物在使用上的重要指针。

(3)下列举数种塑料的 Tg 值: 塑料名称 PVC (rigid) HDPE LDPE Polypropylene, PP 聚苯乙烯(Polystyrene, PS) PMMA ABS PA 聚缩醛(Polyacetal, POM) PEI Nylon 6 Tg (℃) 80~212 -120 -120 -10~-18 63~112 100~120 88~105 57 -50~-85 217~220 50~59 塑料名称 聚碳酸酯 (Polycarbonate, PC) PET PBT PI PPS PSF PESF PEEK U Polymer PAI Nylon 6, 6 Tg (℃) 39~150 79 20 410 85 190 230 143 190 280 49~261

Nylon 46 Polyvinyl chloride 聚丙烯(Polypropylene, PP) HIPS SAN 塑料的熔点(TM) 塑料的熔点(TM)

78 60~76 -10~-18 100 100

聚乙烯(Polyethylene, PE) Polysulfone ASA PES PU

-120~-125 146~273 104 230 120



塑料的熔点是指塑料由固体状态变成熔融状态时的温度,此时结晶性塑料的比容显着增加,此温 度又称可加工温度。

(2)下表为一些塑料的 Tm 值: 塑料名称 HDPE LDPE Polypropylene, PP PA 聚缩醛(Polyacetal, POM) PTFE Nylon 46 聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) PMMA PVC (rigid) ACETAL Nylon 6, 12 Tm (℃) 130~135 107~120 165~176 220 175~181 327 295 220 160 212 160 210~220 塑料名称 PET PBT POB PEEK PPS Nylon 6 Nylon 11 Nylon 12 Nylon 6, 6 Nylon 6, 10 聚乙烯(Polyethylene, PE) 聚丙烯(Polypropylene, PP) Tm (℃) 250~265 225~230 450 334 285~290 215~225 184~187 177~178 225~265 213 115~176 176

热变形温度(HDT) 热变形温度(HDT)



测试的标准:ASTM D648 显示塑胶材料在高温受压下能否保持不变的外形,一般用来表示塑料的短期耐热性。 测试方法:将试片在一定压力及一定加温速度下,弯曲到一定程度时的温度。例如,在一标准试 片(127×13×3mm)的中心,置放在 455kPa 或 1820kPa 负载下,并以 2℃/min 条件升温直到变形 量为 0.25mm 时的温度。



对非结晶塑料,HDT 比 Tg 小 10~20℃;对结晶塑料,HDT 则接近于 Tm。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。

弹性系数 弹性系数是指塑料受外力作用变形后恢复原来形状的能力,一般以应力对应变的比值表示。弹性值愈大表 示塑料材料的刚性(Rigidity)愈好。 硬度



测试的标准:塑料的硬度常采用洛氏硬度萧氏硬度法来测试。 其中 Shore A 常用来测定较软的塑料,如 TPE 等弹性体或橡胶;Shore D 则来测定较硬的塑料; 而 Rock Well 几乎都是测定较硬之工程塑料或高性能工程塑料。 它们的公式换算为 Shore D + 50 = Shore A。普通 PE、MF、UF、FRP 等塑料较硬,PE 类较软。

冲击强度



测试的标准:ASTM D256。其中有夏比(Charpy)法及艾氏(Izod)法两种。 计算方法是将破坏试片所需的能量值除以试片的宽度。一般塑料以 PVC、PE、PP、ABS 等冲击强度 较高。

压缩强度



测试的标准:ASTM D695。 塑料承受外来压缩力的能力。 聚缩醛、聚酯、压克力、尿权树脂和美腊明树脂在这方面性能较突出。

弯曲强度



测试的标准:ASTM D790 主要用来测定塑料耐折的能力,以每单位面积多少力来表示。 一般塑料以 PVC、美腊明树脂、环氧树脂及聚酯类弯曲强度为佳。玻璃纤维也常用来提升塑料的 耐折性。弯曲弹性率是指将试片弯曲时(测试方法如弯曲强度),在弹性范围内,单位变形量所 产生的弯曲应力。一般弯曲弹性率越大,则表示该塑胶材料的刚性越好。

抗张强度



测试的标准:ASTM D638 检测的方法:将塑胶材料拉伸到某一程度,所需力量的大小,通常以每单位面积多少力来表示, 而其所拉伸长度的百分比即为伸长率。拉伸强度试片其拉伸的速度通常为 5.0~6.5mm/min。

透气率


吸水率

测试的标准:ASTM D1434 塑料膜或塑料板气体穿透难易的程度。



测试的标准: 检测的方法:将样品烘干后称重,再浸入水中 24 或 48 小时,然后取出来再称重,计算重量增加 的百分比。 酚醛树脂、尿醛树脂、尼龙、纤维素树脂等吸水率较高,PE、PP 等吸水率较低。一般吸水率大者, 其机械强度与尺寸稳定性易受影响。

游离单体



游离单体含量可表示树脂聚合的程度,一般以?或 ppm 表示。用做食品容器的塑料,或单体聚有毒 性的塑料对游离单体含量管制较严。

假比重及粒径分布


黏度

测试的标准:粒径分布可依 ASTM D1921 的筛分法测得,假比重可依 ASTM D1895 的方法测得。 显示塑料原料的颗粒大小及填塞紧密状况。


分子量

测试的标准:ASTM D1823 及 ASTM D1824 的方法测得。 显示胶塑体及胶溶体的特性。



测试的标准:ASTM D3598。 一般化合物的分子量是不变的,而聚合体的分子量则是大小不均,所以必须采用平均值及分布度 表示。常用的分子量表示法为重量平均分子量 MW 及数目平均分子量 MN,其比值 MW/MN 称为分子 量分布。

比重



测试的标准:ASTM D792 水中置换法测得。 物质密度与水密度的比值(水密度为 1),所谓密度是指单位体积的重量。比重可用来估算制品 所需原料的重量,而要减轻塑料的用量或重量可采用发泡的方式解决。 比重可用来估算制品所需原料的重量,而要减轻塑料的用量或重量可采用发泡的方式解决。

常见塑胶的改性方式及说明 塑料添加剂的简介 添加剂是指分散在塑料分子结构中,不会严重的影响塑料的分子结构,而能改善其性质或降低成本的 化学物质。添加剂的加入,能促使塑料改进基材的加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化 学特性。根据添加剂改进塑料的功能差异,添加剂有许多不同称谓。具体来说,从增加基材的加工特性方 面分析,添加剂包括: ①流动性:滑剂;②热安定;③热安定剂、抗氧化剂;④分散性:加工助剂、分散剂;⑤兼容性:兼 容剂、偶合剂;⑥熔融强度:架桥剂、增黏剂。从增加基材的物理、化学特性方面分析,添加剂包括:①

刚性、强度:填充剂、晶核剂;②冲击性:冲击改质剂;③耐热性:填充剂、晶核剂;④耐燃性:耐燃剂; ⑤耐候性:安定剂 UV 安定剂;⑥导电性:抗静电剂导电涂料填料;⑦颜色:色料;⑧软硬度:可塑剂加工 油;⑨密度:发泡剂;⑩透明性:晶核剂,卫生性:抗菌剂。 抗氧化剂 塑料中的不饱和双键受氧原子、热与光的侵袭而引起断裂产生自由基,由此引起连锁反应,使分子链断裂 或形成链交联,而导致塑料成品的强度降低或变脆。抗氧化剂的功能就在于延缓塑料因氧化而分解,延长 塑料产品的寿命。塑料工业所用的抗氧化剂依功能可区分为:



氧化连锁反应抑制剂:如烷基酚(Alkyl phenol)、丁基化 基甲苯(Butylated hydroxytoluene 简称 BHT)、芳香胺类(Aromatic amines)、苯基–B-耐胺(Phenyl –B-Naphthylamine)、烷 对锟 (Alkyl Quinone) 烯基双酚 、 (Alkylene bisphenol) 烷基酚硫醚 、 (Alkyl phenolthioether) 、 水杨酸苯指(Phenyl salicylate)等。



过氧化物分解剂:如刘醇急硫醚系、硫丙酸酯(Thio propionate ester)、有机亚磷酸化合物 (Organic phosphites)、二硫磺酸盐系等。(3)重金属不活性化剂:如酰胺化物、联氨化物、 芳香族胺系化合物等。

抗静电剂 抗静电剂的主要功能是赋予塑料产生导电性,以使其避免因摩擦而造成静电的积存。常用的抗静电剂有四 级铵盐(Quaternary ammonium salt)、乙氧化胺类、脂肪酸酯类与磺化腊类(Sulfonated wax)等。 发泡剂 塑料用发泡剂主要有三类:



氮气、二氧化碳、及空气,直接压入塑料熔胶中使发泡。 挥发性液体如丁烷、戊烷、石油醚、二氟二氯甲烷等,在升温后即挥发膨胀,而使塑料体发泡, 常见的聚苯乙烯泡绵即属于这类型。 分解性化学发泡剂,这类发泡剂一般为固体粉末,它们在加热时即分解放出气体(通常为氮或二 氧化碳),而使塑料产生细胞状结构,并减轻重量。该类发泡剂多为有机的偶氮化合物,如偶氮 双甲酰胺(Azodicarbonamide)、偶氮双异丁晴(Azobisisobutyro-nitrile 简称 AIBN)。


难燃剂

发泡的塑料主要有:ABS、PS、PVC、PU、EVA、PE、PP 等。

当添加难燃剂的塑料暴露于火焰时,能自行抑制火焰的蔓延,防止烟雾的形成,当火焰去掉时燃烧便会停 止。塑料使用的难燃剂原理大致可分三种:



反应型(Reactive type)的难燃剂可与氧反应形成惰性气体,笼罩在燃烧物四周,降低燃烧物氧 气含量,以达到终止燃烧的目的。凡是燃烧时能产生 CO、CO2、NH3 及卤素化合物,如 PVC、PU 泡 绵、聚酯或环氧树酯等均选用本法。



非反应型(Non-Reactive type)的难燃剂是含有卤素、磷、氮或硼的化合物,当发生燃烧时,就 能分解出一种惰性物,披盖在塑料燃烧物表面,形成一层障碍物,以隔绝外界之氧气,达到耐燃 之目的。



含水氧化物如氧化铝的难燃剂遭遇燃烧时,可放出水气,吸收燃烧过程之热气,使燃烧物周围温 度降低而达抑制火焰的蔓延,防止烟雾形成。

滑剂 滑剂可分为内部滑剂与外部滑剂,内部滑剂最主要的功能是改善树脂的内流动性,减少树脂分子链间的内 摩擦,如脂肪酸脂类(硬脂酸单甘油酯);外部滑剂在降低树脂对加工机械之黏着,并提高产品表面的光 滑易于脱模,如 Hoechst Wax。 耐冲击改质剂 耐冲击改质剂通常是具有特殊性的树脂以混炼(Compounding)方式添加,而改善塑料的耐冲击性。耐冲击 改质剂常常影响到塑料的耐热性、流动性或加工性,选择时必须慎重。


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