塑料性能解析
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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。
注:
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。
二热学性能
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