项目6 测试塑料产品的硬度 n任务6-1： 查阅文献，制定塑料产品的硬度测 试方案 1.任务告知： n拟实现拟实现 的知识识目标标： n塑料PVC板材性能与应用，塑料PVC板材的产品标准； n塑料硬度测试方法、测试原理及仪器 n拟实现拟实现 的能力目标标 n了解不同用途塑料产品硬度的测试方法、仪器与结果表示 ； n熟悉塑料产品标准 2.任务的引入 PVC板材加工方法、应用是怎样的？ PVC板材硬度测试方法、测试原理及仪器 ? 测试PVC板材硬度的流程是怎样的？ 3.任务的实施 查阅PVC板材硬度 标准，制定测试方 案 u各组阅读任务单、弄懂任务的具体要求制定 完成任务的初步计划 u各项目经理分配任务并带领小组成员完成资 料查阅任务，制定测试方案 4.归纳总结 u各项目经理召集小组成员开会，汇总形成 本组的相关资料 u项目总经理检查各组汇报的资料 项目6 测试塑料产品的硬度 n任务6-2： 测试PVC塑料板材的洛氏硬度 1.任务告知： n拟实现拟实现 的知识识目标标： n塑料硬度计的结构与原理； n硬度计的操作规程塑料硬度知识； n塑料洛氏硬度测试的标准方法 n拟实现拟实现 的能力目标标 n能正确使用硬度计，选用合适的标尺、负荷和压头； n能测试独立完成塑料硬度的测试，给出正确的测试报告 。
2.任务的引入 u洛氏硬度计结构有何特点？它的工作原理是怎样的？ u如何根据塑料产品特点选择的硬度测试方法？ u在操作洛氏硬度计时要注意什么？ u如何制备塑料洛氏硬度测试试样并预处理？ u如何进行塑料洛氏硬度性能测试? u如何对测试数据进行处理？ u影响洛氏硬度测试结果因素有哪些？ 3.任务的实施 测试PVC塑料板材的洛 氏硬度 l指导老师讲解、示范； l学生分组操作 4.归纳总结 u各组汇报硬度测试情况 u指导老师对各组的测试进行评价 u指导老师讲解塑料硬度 洛式硬度测试 n硬度：表示材料抵抗其他较硬物体的压入能力， 是材料软硬程度的有条件性的定量反映 n硬度本身不是一个单纯而确定的物理量，而是由 材料的弹性、塑性、韧性等力学性能组成的综合 指标 n通过硬度测量可间接了解高分子材料的其他力学 性能，如磨耗、拉伸强度等 n对于纤维增强塑料，可用硬度估计热固性树脂基 体的固化程度，硬度测试简单、迅速，不损坏试 样，有的可在施工现场进行，所以硬度可作为质 量检验和工艺指标而获得广泛应用 硬度测定的方法 nl ）材料耐顶压入能力的硬度：布氏硬度、维氏硬度、努普 硬度、巴科尔硬度、邵氏硬度和球压痕硬度等。
n2）材料抗划痕性的硬度试验：比尔鲍姆硬度和莫斯硬度等 n3）材料回弹性的硬度试验：洛氏硬度和邵氏硬度等 n从加载方式分为动载法和静载法硬度试验 n动载法：弹性回跳法和用冲击力把钢球压入试样的方法 n静载法：以一定形状的压头平稳而又逐渐加荷，将压头压入 试样，简称“压入法” n如：布氏硬度、洛氏硬度和邵氏硬度的试验方法 n硬度大小与测试方法有关如：硬度计类型、试样的形状以 及测试条件等 n不同方法的硬度值不可比较 一、塑料球压痕硬度试验 n1．试验原理 n把规定直径的钢球在规定的试验负荷作用下， 垂直压入试样表面保持一定时间后，在负荷下 测定压痕深度，并求出压痕面积，以单位面积 上承受的力来表示硬度大小的试验 n测试方法参照标准 GB 3398 － 82 n结果表示：球压痕硬度值按下式计算： 2．试验设备 n硬度计结构：机架、压头、加荷装置、压痕深 度测量指示仪表等组成 n压头为直径 5mm的钢球， 淬火抛光，硬度 800Hv ； n硅码：初负荷为 9.8N ( 1kg ) n试验负荷： 49N ( 5kg ）、 132N ( 13 .5kg ） 、 358N ( 36.5kg ）、 961N ( 98.0kg ) n计时装置：指示试验负荷全部加入后读取压痕 深度的时间，计时量程不小于 60s。
3 ．试样 n试样尺寸：50mmx50mmx4mm n 或φ50mmx4mm n每个测量点中心与试样边缘距离不小于 10mm ， n各测量点中心之间的距离不小于10mm n厚度不应小于 4mm，均匀、表面光滑、平整、 无气泡、无机械损伤及杂质等 4．操作 n① 测定各级负荷下的机架变形量 h2 n测定时卸下压头，升起工作台使其与主轴接触，加上初负荷 ，调节深度指示仪表为零，再加上试验负荷，直接由压痕深 度指示仪表中读取相应负荷下的机架变形量 n② 根据材料硬度选择适宜的试验负荷 n装上压头，并把试样放在工作台上，使测试表面与加荷方向 垂直接触，无冲击地加上初负荷之后，把深度指示仪表调到 零点 n③ 在 2～3s 内将所选择的试验负荷平稳地施加到试样上， 保持负荷 30s ，读取压痕深度 h1 n④要求压痕深度在 0.15 ~ 0 .35mm 的范围内，否则，应改 变试验负荷，使达到规定的深度范围 n⑤ 数量不少于 2 块，测量点数不少于 10 个 6．影响因素 n（1）硬度计的偏差产生的影响 n硬度值随着初负荷的增加而增加； n在保持初负荷不变的条件下，改变主负荷，结果发现 硬度值是随着试验负荷的增加而降低； n机架变形量对硬度值的影响。
在同一试验负荷下，如 果机架变形量为 1 μm ，压痕深度越小，硬度的相对 误差越大，而在相同压痕深度时，试验负荷越小机架 变形的影响越大； n压痕深度测量装置对硬度值的影响，非常显著，是主 要的误差来源 ( 2 )测试条件和测试操作的影响 n试样厚度的影响，大多数试样材料的硬度值都随着试样厚 度的增加而降低，试样太薄时硬度值不够稳定，厚度大于 4mm 后的数据较为稳定 n读数时间的影响，大多数材料试样的硬度均随读数时间的 增加而下降 n测点距试样边缘距离的影响，试样在成型加工过程中，边 缘部分与中间部分受力、受热以及表面平整度等均不相同 ，测点太靠近试样边缘，将导致硬度值侧试偏差，称为边 缘效应 n侧点间距离的影响，测点间的距离应有一定大小，否则会 造成结果的不准确 二、洛氏硬度 （一） 测试原理 n用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加主 试验力，保留初试验力，用前后两次初试验力作用下 压头压入试样的深度差h＝h3-h1计算出的硬度值 n压痕深度h值越大，压入深度越深，材料的硬度值越 低；h值越小，压入深度越浅，材料的硬度值越高 n洛氏硬度值： nHＲ——洛氏硬度值，无因次数，习惯上称“度” nｋ——常数，用钢材压头时k=130 nｃ——常数，约等于0.002 mm （二）测试方法 n1919年，美国人洛克威尔（Rockwell）提出洛氏硬度 试验方法。
n塑料洛氏硬度试验方法标准有GB/T 9342—1988， nISO 2039/2—1987和ASTM D785——1989等 n塑料洛氏硬度采用较小的负荷、较大的压痕器和大量 程结构的硬度计 n洛氏硬度标尺：由负荷的大小与压痕器直径组合构成 ，适用不同硬度材料的试验 洛氏硬度标尺、负荷、压痕器直径 n硬度标尺初负荷（N）总负荷（N）压头直径mm n R98.1588.4 12.7000.015 n L 98.1588.46.3500.015 n M 98.1 980.76.3500.015 n E 98.1 980.73.1750.015 n各标尺的洛氏硬度常数取为130 试验设备 n洛氏硬度仪：由机架、压头、加力机构、硬度指示器 和计时装置组成 n压头为维氏度至少是 7 MN / m2的抛光钢球，钢球在 轴套孔中能自由滑动，试验时不应有变形 n硬度指示器能测量压头压入深度到 0.001mm ，每一 分度值等于 0.002mm n计时装置能指示初试验力、主试验力全部加上时及卸 除主试验力后，到读取硬度值时，总试验力的保持时 间，计时量程不大于 60s。
测试步骤 n选定试验标尺，所测的洛氏硬度值应在标尺的50～115之间， 并核对主负荷、预负荷及压痕器直径使之与所选标尺相符 n将试样放在工作台上，施加初负荷，调整千分表到零点； n保持10s后施加主负荷，保持15s卸去主负荷（保留初负荷）， 测量压入深度 n结果计算： n（1）按下式计算洛氏硬度值: HR＝130- e n式中：e——卸去主负荷后的压入深度，每单位为0.002mm n（2）直接用硬度读数盘读取硬度值 n洛氏硬度值须在数字前应加上前缀标尺字母 （三）影响因素 n l ）试验仪器的影响 n机架的变形量超过标准；主轴倾斜；压头夹持方式不 正常；加荷不平稳以及压头轴线偏移等 n 2）测试温度的影响 n随着测试温度的上升，各种塑料材料的洛氏硬度值都 将下降，尤其是对热塑性塑料的影响更为显著 n 3）试样厚度的影响 n试样厚度小于 6mm 时，对硬度值的影响较大； n试样厚度大于 6mm 时对硬度值的影响较小 n规定试样厚度不得小于 6mm n4）主试验力保持时间的影响 n塑料属于黏弹性材料，在试验载荷作用下，试样的 压痕深度随加荷时间的增加而增加，硬度值随着降 低。
低硬度材料的影响较高硬度材料的明显 n 5）读数时间的影响 n主试验力卸除后，试样压痕将产生弹性恢复，有一 定时间，因此卸荷后距读数时间越长，压痕的弹性 恢复时间也越长，侧得的硬度值应当偏高 n 塑料板材邵氏硬度测试 拓展训练:邵氏硬度测试 1.邵氏硬度计测试原理 n具有一定形状的钢制压针，在试验力作用下垂 直压入试样表面，当压足表面与试样表面完全 贴合时，压针尖端面相对压足平面有一定的伸 出长度L，以L值的大小来表征邵氏硬度的大小 ,L值越大，表示邵尔硬度越低，反之越高. n计算公式为： HA=100- L/0.025； n HD=100- L/0.025 ； n HC=100- L/0.025 n 式中HA为邵氏A硬度. 2.邵氏硬度计的分类和应用： n 邵氏硬度计主要 分为三类：即 A型，C 型和 D型它们的测 量原理完全相同，所 不同的是测量针的尺 寸不同 n（1）A型的针尖直径 为 7.9mm， n邵 A型硬度计用来测 量软塑料、橡胶、合 成橡胶、毡、皮革、 打印胶辊的硬度； n（2）D型的针尖直径 为 0.2mm.即半径为 R0.1。
邵D 型硬度计用来 测量包括硬塑料和硬橡 胶的硬度，例如:热塑 性塑料,硬树脂，地板 材料，保龄 球等，特 别适合于现场对橡胶和 塑料成品的硬度测量 n（3）C型的测针是一 个圆球 n 邵氏 C型硬度计用 来测量泡沫材料和海绵 等软性材料 3.试验设备结构 n硬度计主要由读书盘、压针、下压板及 对压针施加压力的弹簧组成 n(1)读数度盘：为100分度，每个分度为 一个邵氏硬度值当压针端部与下压板 处于同一水平面时，硬度计度盘应指示 “100”当压针完全伸出时，硬度计度盘 应指示为“0” n（2) 弹簧力：压力弹簧对压针所施加的 力应与压针伸出压板位移量有恒定的线 性关系 其大小与硬度计指针所指刻度 的关系如下式所示： n(3)下压板：为硬度计与试样接触的平面 ，它应有直径小于12毫米的表面在进 行硬度测量时，该平面对试样施加规定 的压力，并于试样均匀接触 n注：硬度计的测定范围为20~90之间 当试样用A型硬度计测量硬度值大于90时 ，改用邵氏D型硬度计测量硬度用D型 硬度计测量硬度值低于20时，改用A型硬 度计测量 4.试样制备和要求 n(1).试样厚度均匀，表面光滑、平整、无气泡、无机械 损伤及杂质。
n(2) .用A型硬度，试样厚度应小于5毫米用D型硬度计 测定硬度，试样厚度应不小于3毫米 n 注：试样允许用两。