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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;這些材料,一般都需要進行常規或特定的測試:如老化測試,其中包括:人工氣候老化試驗(氙弧燈、碳弧燈、紫外燈)、自然氣候暴曬試驗、鹽霧試驗、濕熱試驗、高低溫試驗、臭氧試驗、熱氧老化試驗等;

    力學性能、電學性能方面的測試,包括:拉伸、撕裂、彎曲、壓縮、沖擊、熱變形溫度、維卡軟化溫度、熔融指數、氧指數、表面電阻、體積電阻、擊穿電壓、光澤、透光率、霧度、燃燒性能等。

    但真正系統完整的資料,能找到的估計并不多,所以就有了這篇文章的目的。這篇文章對于銷售而言,可以快速了解塑料的基本性質;對于做品質的朋友,能加深對于自己工作的一認識;對于研發的朋友,也有一些參考性的建議。


    機械力學性能


    1.密度與比重

    塑料的比重是在一定的溫度下,秤量試樣的重量與同體積水的重量之比值,單位為g/cm3,常用液體浮力法作測定方法.

    在質量相同的條件下,密度越輕,根據ρ=m/V,比重越小,在等體積,價格相同的情況下,比重越小的材料可以制造的產品越多,單個產品的材料成本也就越低,而且可以減少產品的重量,節省運輸等費用。所以,比重是非常重要的屬性。特別是在塑料代替金屬等材料的時候,是特別大的一個優勢。

    2. 拉伸/彎曲

    在拉伸性能的測試中,通常的測試項目為拉伸應力、拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、拉伸彈性模量,彎曲模量/彎曲強度等。

    拉伸測試:測定高聚物材料的基本物性,對材料施加應力后,測出變形量,求出應力,應力應變曲線是最普通的方法。將樣條的兩端用器具固定好,施加軸方向的拉伸荷重,直到遭破壞時的應力與扭曲。

    彈性模量:E=( F/S)/(dL/L)(材料在彈性變形階段,其應力和應變成正比例關系)彈性模量”是描述物質彈性的一個物理量,是一個總稱,包括“楊氏模量”、“剪切模量”、“體積模量”等。

    彈性模量的意義:彈性模量是工程材料重要的性能參數,從宏觀角度來說,彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度,從微觀角度來說,則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反應。

    強度:材料在載荷作用下抵抗塑性變形或被破壞的最大能力。

    屈服強度:材料發生明顯塑性變形的抗力

    拉伸強度:在拉伸試驗中,試樣直至斷裂為止所承受的最大拉伸應力。

    拉伸應力:試樣在計量標距范圍內,單位初始橫截面上承受的拉伸負荷。

    拉伸斷裂應力:σt-εt曲線上斷裂時的應力。

    拉伸屈服應力:σt-εt曲線上屈服點處的應力。

    斷裂伸長率:試樣斷裂時,標線間距離的增加量與初始標距之比。

    屈服點:σt-εt曲線上σt不隨εt增加的初始點。

    E越大,說明材料越硬,相反則越軟;

    σb或σy越大,說材料越強,相反則越弱;

    εb或S越大,說明材料越韌,相反則越脆

    3.沖擊

    定義:擺錘打擊簡支梁試樣的中部,使試樣受到沖擊而斷裂,試樣斷裂時單位面積或單位寬度所消耗的沖擊功即為沖擊強度。

    意義:沖擊韌性是描述高分子材料在高速碰擊下所呈現的堅韌程度,或抗斷裂能力。一般來說,沖擊韌性包括兩個方面:受沖擊后的變形能力以及扛斷裂能力,前者一般用斷裂伸長率表示,而后者一般用沖擊強度來表示。

    沖擊強度計算公式: E=A/bd

    A:表示沖動時所消耗的功 ;b/d分別表示受沖擊部位的寬和厚;E即為沖擊強度

    沖斷試樣所消耗的功一般分為以下幾個方面:

    • 使試樣產生破裂的裂紋

    • 使其中某些裂紋發展貫穿整個試樣而斷開

    • 使裂紋附近的聚合物發生形變

    • 使斷開的試樣片段飛出去

    • 少量的克服空氣阻力以及機械零件之間的摩擦力

    注:一般來說,在被破壞前所吸收的沖擊能越大,斷裂伸長也越大,材料的沖擊韌性越好

    4. 洛氏/邵氏硬度

    定義:材料抵抗其他較硬物體壓入其表面的能力。

    目的:測量材料的適用性,間接了解材料的磨擦性能、拉伸性能、固化程度等力學性能

    常用的硬度測試方法:邵氏硬度、洛氏硬度,硬度體現的是產品的堅硬程度。在施加荷重的狀態下,測定堅硬的圓珠凹陷時的抗衡性的實驗。如果塑料中膠含量較多的話,沖擊強度將會增加,但硬度會下降。

    5.撕裂強度

    撕裂力Ft:撕裂試樣所需的平均力或最大力。

    撕裂強度:若已知試樣的厚度為d mm,則撕裂強度為撕裂力和厚度的比值Ft /d。GB和ISO多用F/d作撕裂強度,但ASTMD1004(塑料片材)以F作撕裂強度,ASTM D624(橡膠)則以F/d作撕裂強度。

    6.塑料粘度

    是指塑料熔融流動時大分子之間相互摩擦系數的大小。它是塑料熔融流動性高低的反映,即粘度越大,熔體粘性越強,流動性越差,加工越困難,同時也是聚合物分子量大小的一個測評方法。塑料粘度的大小與塑料熔融指數大小成反比。塑料粘度隨塑料本身特性,外界溫度,壓力等條件變化而變化。

    熱學性能


    1.熔融指數

    熔融指數是一種表示塑膠材料加工時的流動性的數值。它是美國量測標準協會(ASTM)根據美國杜邦公司慣用的鑒定塑料特性的方法制定而成,其測試方法是先讓塑料粒在一定時間(10分鐘)內、一定溫度及壓力(各種材料標準不同)下,融化成塑料流體,然后通過一直徑為2.095mm圓管所流出的克(g)數。表示方法有MFI:流體質量;MVR:流體體積。

    在微觀上,融指越大表示體現粘度愈小及分子重量愈小,反之則代表該塑料粘度愈大及分子重量愈大。在宏觀上,其值越大,表示該塑膠材料的加工流動性越佳,反之則越差。

    2.灰分

    一般在馬沸爐中高溫灼燒,聚合物發生一系列物理和化學變化,最后有機成分揮發逸散,而無機成分(主要是無機鹽和氧化物)則殘留下來,這些殘留物稱為灰分。一般改性的產品里面,灰分就是硅石、碳酸鈣、滑石粉、玻纖、鈦白粉等一些無機礦物質。

    目的:測定塑料中無機物質的含量,作為判斷材料真假的一個依據以及評判材料性能的一個依據,如:在加玻纖的塑料中,高了塑料材料剛性增加,耐熱性增加,但韌性降低,反之,韌性增加,剛性耐熱性下降。

    3.水分

    指含在物體內部的水。水分含量是影響諸如聚酰胺(PA)和聚碳酸酯(PC)等樹脂的加工工藝、產品外觀和產品特性的一個重要因素。在注塑過程中,如果使用水分含量過多的塑料粒子進行生產,則會產生一些加工問題,并最終影響成品質量,如:表面開裂、反光,以及抗沖擊性能和拉伸強度等機械性能降低等。

    4.熱失重

    熱失重就是通過對物質加熱,使物質逐漸揮發、分解,測量他隨溫度升高的重量的變化。這樣可以用來測定物質的某些物理性質,如:分解溫度,熔點等之類的。  

    5.玻璃化溫度

    高聚物由高彈態轉變為玻璃態的溫度,指無定型聚合物(包括結晶型聚合物中的非結晶部分)由玻璃態向高彈態或者由后者向前者的轉變溫度,是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度,通常用Tg表示,隨測定的方法和條件有一定的不同。高聚物的一種重要的工藝指標。在此溫度以上,高聚物表現出彈性;在此溫度以下,高聚物表現出脆性。

    6.熱變形溫度

    熱變形溫度(Heat deflection temperature):對高分子材料或聚合物施加一定的負荷,以一定的速度升溫,當達到規定形變時所對應的溫度。

    測試目的:處于玻璃態或結晶態的高聚物,隨著溫度的提高,原子和分子運動能量提高,在外力作用下因其定向運動而導致變形的能力增加,即材料抵抗外力的能力——模量隨溫度升高而下降,隨著溫度的提高,固定負荷下塑料產生的變形增加

    7.維卡軟化溫度

    維卡軟化溫度是評價材料耐熱性能,反映制品在受熱條件下物理力學性能的指標之一。材料的維卡軟化溫度雖不能直接用于評價材料的實際使用溫度,但可以用來指導材料的質量控制。維卡軟化溫度越高,表明材料受熱時的尺寸穩定性越好,熱變形越小,即耐熱變形能力越好,剛性越大,模量越高。

    8. 熱傳導系數

    定義:物體熱傳導能力的熱性能參數,單位為W/m.K (kcal/m.℃.h)。

    試驗儀器:熱導率測定儀,適用于導熱材料和絕熱材料的測試

    9.低溫脆化

    塑料的剛性會隨著環境溫度的變化而變化,當溫度降低到某一定溫度范圍時,就表現出呈剛性,繼而變脆。

    脆化溫度的測定:在規定的受力及變形條件下,測出其顯示脆性破壞時的溫度

    10. 熱膨脹系數

    物體在體積或長度隨溫度的升高而增大的現象稱為熱膨脹。熱膨脹系數是材料的主要物理性質之一,它是衡量材料的熱穩定性好壞的一個重要指標。當兩種不同的材料彼此焊接或熔接時,都要求這兩種材料具備相近的膨脹系數。

    原因:如果選擇材料的膨脹系數相差比較大,焊接或熔接時由于膨脹速度不同,在焊接處產生應力,降低了材料的機械強度和氣密性,嚴重時還會導致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。

    11. 燃燒測試

    是指材料燃燒遇火時所發生的一切物理和化學變化,這項性能有材料表面的著火性和火焰傳播性、發熱、發煙、碳化、失重,以及毒性生成物的產生等來衡量。

    測試方法:主要有氧指數燃燒性能測試、水平燃燒性能測試、垂直燃燒性能測試、灼熱絲可燃指數測試等,其中材料的阻燃性能直接影響材料的使用。

    1)極限氧指數法

    是在規定的實驗條件下,測量維持樣品燃燒所需要的最低氧濃度的一種方法,燃燒的實驗環境氣體為氮氣/氧氣混合物,測試樣品垂直放置(頂端接觸點火器)。因為空氣中氧氣的體積濃度為21%,所以如果LOI值高于21%(體積比)說明材料具有阻燃性能。LOI值越大,說明材料的阻燃性能越好。

    2)灼熱絲測試

    模仿了這種由熱或點燃所產生的作用(例如過載電阻器的生熱),來評價火災的危害。灼熱絲測試的溫度為550,650,750,850,960 ℃甚至更高,具體的溫度由相關規范來決定: 

    • 如果滿足了下列條件之一就認為材料樣品能夠經受灼熱絲測試:材料無火焰和材料無火星。 

    • 樣品的火焰或者火星在移開灼熱絲30秒后熄滅,而且鋪在下面的棉花或者紙張沒有被點燃或者燒焦。

    3)水平/垂直燃燒

    將長方形條形樣條的一端固定在水平或垂直夾具上,其另一端暴露于規定的試驗火焰中,通過測量線性燃燒速率,評價試樣的水平燃燒行為;通過測量其余焰火和余焰時間,燃燒范圍以及顆粒低落的情況評價塑料的燃燒性能。


    絕緣電性能


    1.表面電阻率

    材料表面的抗衡程度。在試片表面兩個位置之間施加電極,測定試片表面的電阻特性

    2.體積電阻率

    材料內部的阻力程度。在材料的反面施加電壓,測定試片的阻力。阻力數值越大,導電性越差,絕緣性越好。

    3. 擊穿電壓

    高分子材料在一定電壓范圍內是絕緣體,但隨著施加電壓的升高,性能會逐漸下降。當電壓升到一定值時變成局部導電,此時稱材料被擊穿。

    4.漏電起痕

    固體絕緣材料表面在電場和電解液的聯合作用下逐漸形成導電通路的過程,稱為漏電起痕。而絕緣材料表面抗漏電起痕的能力,稱為耐漏電起痕。

    耐漏電起痕試驗主要是模擬家用電器產品在實際使用中不同極性帶電部件在絕緣材料表面沉積的導電物質是否引起絕緣材料表面爬電、擊穿短路和起火危險而進行的檢驗。

    試驗主要是一種模擬極惡劣條件的加速試驗以檢驗絕緣材料是否會形成漏電痕跡,從而能在短時間內區別固體絕緣材料抗漏電起痕的能力。

    5.耐電弧

    顯示為塑料在高電壓電弧下的承受能力,測定形成導電路(Conducting Path)且電弧消失時所需時間。耐電弧性是未經污染的干燥狀態下的特性,CTI是因電解質而受到污染的環境下的特性。

    6.介電損耗

    電介質在外電場的作用下,將一部分電能轉變成熱能的物理過程,稱為電介質的損耗。

    意義:介電損耗越大,材料的性能就越差,其為判斷材料性能好壞,選擇材料和制作器件的重要依據。

    7.介電常數

    介電常數ε是表征絕緣材料在交流電場下介質極化程度的參數,它是充滿此絕緣材料的電容器的電容量,與以真空為電介質時同樣電極尺寸電容器的電容量的比值。

    8. 介電強度

    材料對高電壓的承受能力,為電性的最大強度,測定材料產生破損時的電壓。通常介電強度越高,材料的絕緣質量越好。


     
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