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塑料性能测试技术


Marketing Division

BASF

塑料性能测试技术要点

舒文艺,陆先祝
扬子巴斯夫苯乙烯系列有限公司 技术部 2003年7月

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Marketing Division

BASF

目录
? ?

? 塑料性能测试的目的,特点和影响因素 ISO标准方法介绍 重点材料性能介绍

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BASF

塑料性能测试的目的
? 正确掌握材料的性能,了解使用范围 ? 控制产品的质量 ? 指导成型加工 ? 研究材料结构和性能

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BASF

塑料性能测试的特点
? 温度效应明显 ? 时间效应明显 ? 形变速度影响明显 ? 测定数据易显分散
1 测试应尽量接近生产和使用条件 2 正确理解和掌握性能而不曲解和误用

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塑料性能测试的主要影响因素
? ? ? ? ? 试样制备条件 试样尺寸(标准试样) 试样的状态 测试环境温度和湿度 标准试验方法

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试样制备
? 制品上裁取样条(部位,机械加工) ? 注塑样条 (注塑温度,压力,冷却时间,样条内部缺陷) ? 标准试样

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标准测试样条

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BASF

加工条件对制品性能的影响

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BASF

加工条件对制品性能的影响

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BASF

试样尺寸的影响
? 标准试样,目的是为了使不同材料的试验结果具有可 比性,或使同一材料的测试结果不因尺寸不同而影响 它的重复性,消除尺寸因素效应 ? 尺寸效应是由试样(1)自身的微观缺陷和(2)微观 不同性引起的
一般来说,(1)拉伸强度随厚度的增大而减小; (2)只有相同厚度的试样并在相同跨度上作冲击试验,结果才能比较

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BASF

试样状态的影响
? 环境温度的影响 ? 环境湿度的影响 ? 试验放置时间的影响
例如:(1)尼龙的冲击强度随吸水率的加大而增加; (2)PMMA随湿度的增加,拉伸强度减小

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BASF

热历史对冲击性能的影响

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拉伸强度/断裂伸长率与测试温度关系

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BASF

在不同测试温度下的拉伸行为曲线

材料:未增强尼龙 ISO 527 拉伸速度:50mm/min

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塑料的黄色指数与暴露日光时间关系

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ISO 10350中规定的测试条件
性能
熔体流动速率 拉伸模量 拉伸屈服应力 断裂伸长率 拉伸断裂应力 (GPPS) 弯曲模量 弯曲强度 简支梁冲强 悬臂梁冲强 热变型温度 维卡软化温度 燃烧性

标准
ISO 1133 ISO 527 ISO 527 ISO 527 ISO 527 ISO 178 ISO 179 ISO 180 ISO 75 ISO 306

试样尺寸 mm
根据ISO 3167 同上 同上 同上 同上 80×10×4 V型缺口, r=0.25 同上 80×10×4 10×10×4

试验条件
220 ?C,5 Kg 试验速率 1 mm/min 50 mm/min 50 mm/min 5 mm/min 2 mm/min 方法 1eU, 1eA (边向冲击) 同上 0.45Mpa, 1.8 MPa 加热速率 50?C, 负荷 50 N, 10 N 方法A-水平试样线 性燃烧速率
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ISO 1210 125×13×3

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ISO 2897-2中规定的注塑制样条件
材料 各种牌号 熔体温度 ?C 220 模具温度 ?C 45 平均注塑速率 mm/s 200± 100

ISO 2897-2中规定的压塑制样条件
材料 成型 温度 ?C 200 冷却速 率 ?C/min 10 脱模温 全程压 度 力 MPa ?C <=60 4± 0.5 全程压力 时间 Min 5± 1 预热时 间 Min 5± 1

各种牌号

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GB2118-82规定的标准状态条件
温度:23 ± 2?C 气压: 86-106KPa % 相对湿度:50±5

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BASF

ISO10350和ASTM方法的比较
ISO
1. 多用途试验,用端浇 口对称模具来制备,试 样的取向均一,重复性 好,更可靠,可比较。 2. 尺寸为165×10×4mm 1. 熔融温度和模温与 ASTM不同 1. 用简支梁冲击试验 2. 除了MFR,还有MVR

ASTM
1. 通常是I型试样 2. 尺寸为165×12.7× 3.2mm

试样的选择 试样的制备 试样方法

1. 用悬臂梁冲击试验

要点:对于冲击强度、HDT和弯曲性能,ISO和ASTM差别较大, 不能通过简单的单位换算来推测

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ISO 测试标准的优点
? 试验条件更统一, 结果可比性更好 ? 规定科学合理, 全世界范围内适用 ? 给使用者提供极大方便

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BASF

ISO 测试标准的结果表示单位
? 熔体流动速率 MFR, MVR (200 ℃, 5 Kg) g or ml/10 min ? 拉伸强度(GPPS, 5 mm/10 min; HIPS 50 mm/min): Mpa ? 断裂伸长率: % ? 冲击强度(Charpy, Izod): KJ/m2 ? Vicat 软化温度(A/50, B/50): ℃ ? 热变形温度 HDT (1.8 MPa, 0.45MPa): ℃ ? 可燃性(94HB): 38 mm/min (3.2 mm 试样) 76 mm/min (1.6 mm 试样)

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BASF

熔体流动速率(MI, MVR)
? 标准试验条件随材料不同而有所变化 ? 测定MI, MVR时的剪切速率很低(1-100/s,一般为1 -50/s),与实际加工条件距离太远,有时不能正确反 映加工性能(注射:1000-10000/s,挤出:100- 1000/s)。 ? 塑料的剪切变稀 ? 建议在加工温度范围内测定粘度-剪切速率关系曲线
例子:尽管MI=1.5,薄膜级LDPE随分子量分布变宽,加工性变好。因为非流动性较强, 随剪切速率升高,粘度下降快而且易于平稳

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BASF

检验和试验设备-MVR

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BASF

拉伸强度
? 拉伸时形变,试验截面积缩小,应该以瞬时横截面积 来计算,真应力大于拉伸强度 ? 了解拉伸曲线

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拉 伸 曲 线
屈服点 负 荷 偏置屈服点 (a)

(b)

伸长 负荷-伸长曲线
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拉伸强度曲线(HIPS)

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BASF

检验和试验设备-拉伸仪

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BASF

冲击强度
? 根据试验的受力状态可分为:弯曲冲击(简支梁和悬 臂梁冲击),拉伸冲击,扭转冲击,剪切冲击和落锤 冲击 ? 缺口冲击强度在描述材料的缺口敏感性方面非常有用 ? 对冲击性能试验的影响因素很多,试验值只是该材料 在试验方法规定条件下的冲击韧性 ? 不同的冲击试验结果不能比较

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冲击试验比较
Comparison ISO 179:1992 ISO180:1992 ASTM D256-92 DIN 53453-1975 test method test specimen dimensions/mm3 notch type and dimensions/mm Charpy 80*10*4 Izod Izod 63.3*12.7*3.2-12.7 Charpy 50*6*4

U: unnotched A: r = 0.25, 45? B: r=1.0, 45? C: r=0.1, 45?

reversed notch A: r = 0.25, 45?

unnotched U-notch notch radius r=0.1

remaining with/mm pendulum energies/J and impact velocities

8 0.5/1/2/4 at 2.9 m/s 7.5/15/25.5 at 3.8 m/s 1/2.75/5.5/11/22 at 3.5 m/s

10.16 2.7-21.7 at 3.5 m/s

2.7 0.5/1/2/4 at 2.9 m/s 7.5/15 at 3.8 m/s

energy extraction

10% - 80% use heaviest pendulum possible 5% - 55%

<85%

10% - 80%

pendulum deceleration test specimen position

<61%

5% - 55%

edgewise

edgewise

flatwise

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检验和试验设备-铣缺口机

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检验和试验设备-冲击强度测试仪

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BASF

负荷下的热变形温度
? 热变形温度是衡量塑料和硬质橡胶耐热性的主要指标 之一 ? 热变形温度不同于塑料最高使用温度或连续使用温度 ? 最高使用温度应根据制品的受力情况及使用要求等因 素来确定,建议从动态力学分析(DMA)测得的模量 -温度曲线来确定

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检验和试验设备-VST/HDT

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BASF

污物测定-注塑法

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BASF

污物测定-挤出法

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BASF

耐环境应力开裂
定义:模拟化学环境,加速预应力或预应变塑料样条的开裂
参数:
? 样条尺寸,状态和取向 ? 温度 ? 试验持续时间 ? 试验环境
ISO 6252 : 恒定应力-应变方法

ISO 4599 : 弯曲法 ? 单轴恒定应变
? 通过蠕变,应力松弛 ? 确定指标性质(例如:断裂伸长率) ? 相对寿命预测 * Bosch-Steinle-试验

? 单轴恒定载荷,蠕变独立
? 在材料取向方向,施加载荷 ? 确定开裂时间 ? 使直接预测寿命成为可能

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弯曲形变测试方法

化学品蒸汽

ISO4599

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恒定应力-应变试验

ISO6252

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BASF

CAD和CAE所需的性能数据
? 反映工作条件的各种温度和应变速率的等温应力-应 变曲线 ? 动态模量的温度依赖性数据 ? 室温和高温及若干个应力水平下的等时蠕变曲线 ? 室温和低于室温的冲击强度数据 ? 环境对塑料性能行为影响的数据 ? 各向异性对材料使用性能影响的数据 ? 熔体粘度和剪切速率关系的数据

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BASF

鸣谢:
施文潮(YBS)

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