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    塑料性能解析大全
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    橡塑包括 PE、PP、PVC、ABS、PC、PA、POM、PBT、PET、TPE、TPO、TPR、TPU等材料;这些材料,一般都需要进行常规或特定的测试:如老化测试,其中包括:人工气候老化试验(氙弧灯、碳弧灯、紫外灯)、自然气候暴晒试验、盐雾试验、湿热试验、高低温试验、臭氧试验、热氧老化试验等;

    力学性能、电学性能方面的测试,包括:拉伸、撕裂、弯曲、压缩、冲击、热变形温度、维卡软化温度、熔融指数、氧指数、表面电阻、体积电阻、击穿电压、光泽、透光率、雾度、燃烧性能等。

    但真正系统完整的资料,能找到的估计并不多,所以就有了这篇文章的目的。这篇文章对于销售而言,可以快速了解塑料的基本性质;对于做品质的朋友,能加深对于自己工作的一认识;对于研发的朋友,也有一些参考性的建议。


    机械力学性能


    1.密度与比重

    塑料的比重是在一定的温度下,秤量试样的重量与同体积水的重量之比值,单位为g/cm3,常用液体浮力法作测定方法.

    在质量相同的条件下,密度越轻,根据ρ=m/V,比重越小,在等体积,价格相同的情况下,比重越小的材料可以制造的产品越多,单个产品的材料成本也就越低,而且可以减少产品的重量,节省运输等费用。所以,比重是非常重要的属性。特别是在塑料代替金属等材料的时候,是特别大的一个优势。

    2. 拉伸/弯曲

    在拉伸性能的测试中,通常的测试项目为拉伸应力、拉伸强度、拉伸屈服强度、断裂伸长率、拉伸弹性模量,弯曲模量/弯曲强度等。

    拉伸测试:测定高聚物材料的基本物性,对材料施加应力后,测出变形量,求出应力,应力应变曲线是最普通的方法。将样条的两端用器具固定好,施加轴方向的拉伸荷重,直到遭破坏时的应力与扭曲。

    弹性模量:E=( F/S)/(dL/L)(材料在弹性变形阶段,其应力和应变成正比例关系)弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量,是一个总称,包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。

    弹性模量的意义:弹性模量是工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反应。

    强度:材料在载荷作用下抵抗塑性变形或被破坏的最大能力。

    屈服强度:材料发生明显塑性变形的抗力

    拉伸强度:在拉伸试验中,试样直至断裂为止所承受的最大拉伸应力。

    拉伸应力:试样在计量标距范围内,单位初始横截面上承受的拉伸负荷。

    拉伸断裂应力:σt-εt曲线上断裂时的应力。

    拉伸屈服应力:σt-εt曲线上屈服点处的应力。

    断裂伸长率:试样断裂时,标线间距离的增加量与初始标距之比。

    屈服点:σt-εt曲线上σt不随εt增加的初始点。

    E越大,说明材料越硬,相反则越软;

    σb或σy越大,说材料越强,相反则越弱;

    εb或S越大,说明材料越韧,相反则越脆

    3.冲击

    定义:摆锤打击简支梁试样的中部,使试样受到冲击而断裂,试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度。

    意义:冲击韧性是描述高分子材料在高速碰击下所呈现的坚韧程度,或抗断裂能力。一般来说,冲击韧性包括两个方面:受冲击后的变形能力以及扛断裂能力,前者一般用断裂伸长率表示,而后者一般用冲击强度来表示。

    冲击强度计算公式: E=A/bd

    A:表示冲动时所消耗的功 ;b/d分别表示受冲击部位的宽和厚;E即为冲击强度

    冲断试样所消耗的功一般分为以下几个方面:

    • 使试样产生破裂的裂纹

    • 使其中某些裂纹发展贯穿整个试样而断开

    • 使裂纹附近的聚合物发生形变

    • 使断开的试样片段飞出去

    • 少量的克服空气阻力以及机械零件之间的摩擦力

    注:一般来说,在被破坏前所吸收的冲击能越大,断裂伸长也越大,材料的冲击韧性越好

    4. 洛氏/邵氏硬度

    定义:材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。

    目的:测量材料的适用性,间接了解材料的磨擦性能、拉伸性能、固化程度等力学性能

    常用的硬度测试方法:邵氏硬度、洛氏硬度,硬度体现的是产品的坚硬程度。在施加荷重的状态下,测定坚硬的圆珠凹陷时的抗衡性的实验。如果塑料中胶含量较多的话,冲击强度将会增加,但硬度会下降。

    5.撕裂强度

    撕裂力Ft:撕裂试样所需的平均力或最大力。

    撕裂强度:若已知试样的厚度为d mm,则撕裂强度为撕裂力和厚度的比值Ft /d。GB和ISO多用F/d作撕裂强度,但ASTMD1004(塑料片材)以F作撕裂强度,ASTM D624(橡胶)则以F/d作撕裂强度。

    6.塑料粘度

    是指塑料熔融流动时大分子之间相互摩擦系数的大小。它是塑料熔融流动性高低的反映,即粘度越大,熔体粘性越强,流动性越差,加工越困难,同时也是聚合物分子量大小的一个测评方法。塑料粘度的大小与塑料熔融指数大小成反比。塑料粘度随塑料本身特性,外界温度,压力等条件变化而变化。

    热学性能


    1.熔融指数

    熔融指数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2.095mm圆管所流出的克(g)数。表示方法有MFI:流体质量;MVR:流体体积。

    在微观上,融指越大表示体现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。在宏观上,其值越大,表示该塑胶材料的加工流动性越佳,反之则越差。

    2.灰分

    一般在马沸炉中高温灼烧,聚合物发生一系列物理和化学变化,最后有机成分挥发逸散,而无机成分(主要是无机盐和氧化物)则残留下来,这些残留物称为灰分。一般改性的产品里面,灰分就是硅石、碳酸钙、滑石粉、玻纤、钛白粉等一些无机矿物质。

    目的:测定塑料中无机物质的含量,作为判断材料真假的一个依据以及评判材料性能的一个依据,如:在加玻纤的塑料中,高了塑料材料刚性增加,耐热性增加,但韧性降低,反之,韧性增加,刚性耐热性下降。

    3.水分

    指含在物体内部的水。水分含量是影响诸如聚酰胺(PA)和聚碳酸酯(PC)等树脂的加工工艺、产品外观和产品特性的一个重要因素。在注塑过程中,如果使用水分含量过多的塑料粒子进行生产,则会产生一些加工问题,并最终影响成品质量,如:表面开裂、反光,以及抗冲击性能和拉伸强度等机械性能降低等。

    4.热失重

    热失重就是通过对物质加热,使物质逐渐挥发、分解,测量他随温度升高的重量的变化。这样可以用来测定物质的某些物理性质,如:分解温度,熔点等之类的。  

    5.玻璃化温度

    高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度,指无定型聚合物(包括结晶型聚合物中的非结晶部分)由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度,通常用Tg表示,随测定的方法和条件有一定的不同。高聚物的一种重要的工艺指标。在此温度以上,高聚物表现出弹性;在此温度以下,高聚物表现出脆性。

    6.热变形温度

    热变形温度(Heat deflection temperature):对高分子材料或聚合物施加一定的负荷,以一定的速度升温,当达到规定形变时所对应的温度。

    测试目的:处于玻璃态或结晶态的高聚物,随着温度的提高,原子和分子运动能量提高,在外力作用下因其定向运动而导致变形的能力增加,即材料抵抗外力的能力——模量随温度升高而下降,随着温度的提高,固定负荷下塑料产生的变形增加

    7.维卡软化温度

    维卡软化温度是评价材料耐热性能,反映制品在受热条件下物理力学性能的指标之一。材料的维卡软化温度虽不能直接用于评价材料的实际使用温度,但可以用来指导材料的质量控制。维卡软化温度越高,表明材料受热时的尺寸稳定性越好,热变形越小,即耐热变形能力越好,刚性越大,模量越高。

    8. 热传导系数

    定义:物体热传导能力的热性能参数,单位为W/m.K (kcal/m.℃.h)。

    试验仪器:热导率测定仪,适用于导热材料和绝热材料的测试

    9.低温脆化

    塑料的刚性会随着环境温度的变化而变化,当温度降低到某一定温度范围时,就表现出呈刚性,继而变脆。

    脆化温度的测定:在规定的受力及变形条件下,测出其显示脆性破坏时的温度

    10. 热膨胀系数

    物体在体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀系数是材料的主要物理性质之一,它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标。当两种不同的材料彼此焊接或熔接时,都要求这两种材料具备相近的膨胀系数。

    原因:如果选择材料的膨胀系数相差比较大,焊接或熔接时由于膨胀速度不同,在焊接处产生应力,降低了材料的机械强度和气密性,严重时还会导致焊接处脱落、炸裂、漏气或漏油。

    11. 燃烧测试

    是指材料燃烧遇火时所发生的一切物理和化学变化,这项性能有材料表面的着火性和火焰传播性、发热、发烟、碳化、失重,以及毒性生成物的产生等来衡量。

    测试方法:主要有氧指数燃烧性能测试、水平燃烧性能测试、垂直燃烧性能测试、灼热丝可燃指数测试等,其中材料的阻燃性能直接影响材料的使用。

    1)极限氧指数法

    是在规定的实验条件下,测量维持样品燃烧所需要的最低氧浓度的一种方法,燃烧的实验环境气体为氮气/氧气混合物,测试样品垂直放置(顶端接触点火器)。因为空气中氧气的体积浓度为21%,所以如果LOI值高于21%(体积比)说明材料具有阻燃性能。LOI值越大,说明材料的阻燃性能越好。

    2)灼热丝测试

    模仿了这种由热或点燃所产生的作用(例如过载电阻器的生热),来评价火灾的危害。灼热丝测试的温度为550,650,750,850,960 ℃甚至更高,具体的温度由相关规范来决定: 

    • 如果满足了下列条件之一就认为材料样品能够经受灼热丝测试:材料无火焰和材料无火星。 

    • 样品的火焰或者火星在移开灼热丝30秒后熄灭,而且铺在下面的棉花或者纸张没有被点燃或者烧焦。

    3)水平/垂直燃烧

    将长方形条形样条的一端固定在水平或垂直夹具上,其另一端暴露于规定的试验火焰中,通过测量线性燃烧速率,评价试样的水平燃烧行为;通过测量其余焰火和余焰时间,燃烧范围以及颗粒低落的情况评价塑料的燃烧性能。


    绝缘电性能


    1.表面电阻率

    材料表面的抗衡程度。在试片表面两个位置之间施加电极,测定试片表面的电阻特性

    2.体积电阻率

    材料内部的阻力程度。在材料的反面施加电压,测定试片的阻力。阻力数值越大,导电性越差,绝缘性越好。

    3. 击穿电压

    高分子材料在一定电压范围内是绝缘体,但随着施加电压的升高,性能会逐渐下降。当电压升到一定值时变成局部导电,此时称材料被击穿。

    4.漏电起痕

    固体绝缘材料表面在电场和电解液的联合作用下逐渐形成导电通路的过程,称为漏电起痕。而绝缘材料表面抗漏电起痕的能力,称为耐漏电起痕。

    耐漏电起痕试验主要是模拟家用电器产品在实际使用中不同极性带电部件在绝缘材料表面沉积的导电物质是否引起绝缘材料表面爬电、击穿短路和起火危险而进行的检验。

    试验主要是一种模拟极恶劣条件的加速试验以检验绝缘材料是否会形成漏电痕迹,从而能在短时间内区别固体绝缘材料抗漏电起痕的能力。

    5.耐电弧

    显示为塑料在高电压电弧下的承受能力,测定形成导电路(Conducting Path)且电弧消失时所需时间。耐电弧性是未经污染的干燥状态下的特性,CTI是因电解质而受到污染的环境下的特性。

    6.介电损耗

    电介质在外电场的作用下,将一部分电能转变成热能的物理过程,称为电介质的损耗。

    意义:介电损耗越大,材料的性能就越差,其为判断材料性能好坏,选择材料和制作器件的重要依据。

    7.介电常数

    介电常数ε是表征绝缘材料在交流电场下介质极化程度的参数,它是充满此绝缘材料的电容器的电容量,与以真空为电介质时同样电极尺寸电容器的电容量的比值。

    8. 介电强度

    材料对高电压的承受能力,为电性的最大强度,测定材料产生破损时的电压。通常介电强度越高,材料的绝缘质量越好。


     
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