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1、材料结构性能参数介绍- A brief reviewInitiated by Roger Hu Edited by Sunfield TianPurpose of this introduction: 1. 了解材料的基本性能参数 2. 熟悉材料的特性 3. 判断材料类别 4. 更好地服务客户Contents: 1. 基本物性(Basic concept) 2. 机械力学性能(Mechanical) 3. 热性能(Thermal) 4. 电性能(Electrical) 5. 耐燃性能(Flamability) 6. 光学性能(Optical)1.基本物性Physical(1)密度(比重) 密度
2、： 所谓密度，就是23 C下单位体积物质的 质量，其国际单位为g/cm3，常用单位有 g/ml，kg/L，1000kg/m3等。 比重： 是物体的密度与相同温度下水的密度的比值。一般地, 密度=比重*0.99756。 测定方法：GB1033-70塑料相对密度测试方法ASTM D792 比重和密度常被用来计算面积因子, 即指定 厚度的每公斤产品的面积(平方米). 面积因子=1/(比重*厚度)m2/kg kg/m3 m(2) 颜色 Color 颜色：聚合物本身一般都是无色透明或白色的，但是可以通过添加色母 料或色粉将材料染成各种颜色。 DE1-1 DE1-4 010181 0.5mm DE1-4
3、011267 0.3mm(3) 吸水性Water Absorption吸水率：是指规定尺寸的试样浸入规定温度（一般为252）的蒸馏水中，经过24h测定其吸水量，计算单位面积的吸 水量和吸水率。塑料材料的吸水率与其结构中的极性基团有关。一般地，聚合物 分子结构中含有的酯键，醚键，酰胺键等强极性基团的比例越高 ，就越容易吸水。因此这些材料都应该妥善贮存在干燥的地方， 并且在使用前一定要经过干燥，把含水率降低到允许的范围之内 ，以免过多的水分在成型加工过程中导致材料劣化。PC: 0.280.35%; PC/PBT: 0.48%; FRPP-GK17 0.06% PEI: 0.25%; PI: 2.9
4、%; PET: 0.8% ; PA: 3% 测试方法：GB1034-70 ASTM D570(4) 摩擦系数Friction摩擦系数、磨耗：两个互相接触的物体，彼此间有 相对位移或相对位移趋势时，互相间产生的阻碍位 移的机械作用力即为摩擦力，表示材料的摩擦特性 的参数就是摩擦系数和磨耗值。摩擦力：按照下式计算：F= 式中，-正压力（有动态的和静态的），单位 为牛顿（N） -摩擦系数（静态时用s表示，动态时用k表示 ）。磨耗值：是指在规定的试验条件（载荷、速度、温 度、湿度）下，经过一定时间或距离摩擦后，材料 所损失的重量。测试方法：可参照GB3960-83注意:摩擦系数和 磨耗值大小 不是常数
5、， 而是依赖于 负荷、接触 面积、表面 结构、滑动 速度、温度 及使用润滑 剂等的情况 。 布氏硬度：在规定的负荷下，将标准钢球压入试样，保持一定时间后，以试样上压痕直径或压狠深度来计算单位面积上承受的力。单位以Pa（1Pa=1N*m-2）表示。 以压痕直径计算时： 以压痕深度计算时：式中，P-所加载荷 (N) D-钢球直径 (m) d-压痕 直径 (m) h-压痕深度 (m) 该方法适用于热固性塑料或硬质塑料。(4) 硬度 洛氏硬度： 洛氏硬度有两种标示方法：洛氏硬度标尺和洛氏硬度。 洛氏硬度标尺：一定直径的钢球，在载荷从初负荷增加为主负荷，然后再返回初负荷时钢球压痕深度的增量，适用于较硬的
6、塑料，分为R、M、L标尺。 洛氏硬度： 一定直径的钢球，在规定的负荷的作用下，压入试样的深度。 邵氏硬度(Shore)：使用邵氏硬度计，在规定负荷的标准压痕器作用下， 经严格规定的时间，以压痕器的压针压入试样的深度 表示。邵氏硬度分为邵氏A和邵氏B。邵氏A适用于较 软的塑料，邵氏B适用于较硬的塑料。（参看GB2411- 80） 巴克尔氏硬度：以特定压头在标准弹簧的压力作用下压入试样，以压 痕的深浅来表示试样的硬度，适用于测定纤维增强塑 料及其制品的硬度，也可用于非增强硬质塑料。（参 看GB3854-83）铅笔硬度Pencil Hardness 铅笔硬度：主要以铅笔的硬度标号来测定材料表面/涂膜
7、硬度, 即使用一 组规定铅芯尺寸, 形状和硬度的铅笔划过材料表面/涂膜, 判 断材料表面/涂膜抗击被犁破或划伤的能力, 该方法操作简便, 结果直观, 但可能因不同操作人员或不同品牌不同批次的铅 笔而有一定的误差. 具体测试方法: 把削好的铅笔插入小车的 斜孔(45度) 内, 拧紧固定的螺丝,使小车基本保持水平. 把小 车放在制备好的试样上, 两手指捏住车轮的中心, 以0.5MM/S 的速度向前推行,使笔尖划涂膜的表面, 根据不同硬度的铅笔 来判定涂膜的硬度, 一般将划5次中至少有4次不能犁破表面/ 涂膜的最硬铅笔的硬度作为材料表面/涂膜的铅笔硬度值. 笔 尖重负：10.05Kg, 铅笔规格：B
8、6H6, 可用三菱或中华系 列铅笔. 具体判定方法根据GB/T6739-1996标准的规定进行. 测试方法：ASTM D3363, JIS, GB/T6739-1996? 问题: 对于HC PET薄膜, 表面硬度可以达到4H 吗?硬度高的材料一定耐磨吗?(6) 面积因子Area Factor 这是为了应用操作中方便的一种计算方法，可以根据使用 者的习惯自行定义。常用的为密度的倒数，单位则可以多 种多样，如m3/kg，m2/kg/mm，ft2/lb/mil等。2.机械力学性能(Mechanical) (1) 应力与应变 应力和应变：当材料受到外力作用，而所处的条件使它不能产生惯性移动时 ，它的几
9、何形状和尺寸将发发生变化，这种变化就称为应变。 材料发生宏观的变形时，其内部分子间以及分子内各原子间的 相对位置和距离就要发生变化，产生了原子间及分子之间的附 加的内力，抵抗着外力，并力图恢复到变化前的状态，达到平 衡时，附加内力与外力相等，方向相反。定义：单位面积上的 附加内力为应力。显然，其大小与单位面积上受到的外力相等 。 在国际单位制中，应力的单位为N/m2，又称Pa。常见的应力 单位还有达因/厘米2（0.1Pa），公斤/厘米2 （9.807X104Pa）， 和psi磅/英寸2（6.895X103Pa）。(2) 刚度(Stiffness) 刚度：所谓刚度，是指材料或构件在外力作用下抵抗
10、变形的能力 。刚度是个整体概念，应该与硬度区别开来。硬度系材料 表面抵抗变形或破坏的能力。它们之间是既有联系又有区 别的。 一般地，刚性越好的材料，硬度也会越高，材料就会比较 脆，韧性就较差。 拉伸断裂延长率(Enlongation at break %) PC 120% PET 20% PMMA 3%(3) 模量(Modules) 模量：对于理想的弹性固体，应力与应变关系服从虎克定律， 即应力与应变成正比，比例常数称之为弹性模量：可见，弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵 抗变形能力的大小，模量越大，越不容易变形，表示材料的刚 度也就越大。 弹性模量有三种基本类型：杨氏模量、剪切
11、模量和体积模量， 分别代表材料在发生拉伸应变、剪切应变和受到均匀流体静态 压缩时发生的应变时的模量。 由于应变是无量纲的量，因此弹性模量的单位与应力的单位相 同,也是N/m2,即 Pa。(4) 强度(Strength) 强度：所谓强度，就是指材料或构件在外力作用下抵抗破坏的 能力。一般把材料或构件受到拉伸、弯曲、扭转或冲击 后，抵抗破坏的能力分别称之为拉伸强度、弯曲强度、 扭转强度和冲击强度。 拉伸强度：是在规定的实验温度、湿度和试验速度下，在标准 试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止，断裂前试 样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值： 必须注意的是，试样宽度和厚度在拉伸
12、过程中是随试样的伸长 而逐渐减小的，由于达到最大载荷时的b、d值的测量很不方便 ，工程上一般采用起始尺寸来计算拉伸强度。由于整个拉伸过 程中，聚合物的应力和应变的关系并非线性的，只有当变形很 小时，高聚物在可视为虎克弹性体，因此拉伸模量（即杨氏模 量）通常由拉伸起始阶段的应力与应变比例来计算：式中P是变形较小时的载荷。(ASTM D882) 类似地，如果向试样施加的是单向压缩载荷，则测得的是压缩 强度和压缩模量 (ASTM D695) 。理论上，虎克定律仍然适用 于压缩的情况，所得的压缩模量应与拉伸模量相等，但实际上 压缩模量通常稍大于拉伸模量，而拉伸模量与压缩强度的相对 大小则因材料的性质而
13、异。 一般地，塑性材料善于抵抗拉力，而脆性材料善于抵抗压力。 测试方法：ASTM D882 抗撕裂强度：如果向试样施加剪切力，测得的就是试样的抗撕 裂强度及模量。一般适用于较薄的试样，如薄板，薄膜等。 测试方法：初始(initial) ASTM D1004 拓展(propagation) ASTM D1922弯曲强度：亦称挠曲强度，是在规定试验条件下，对标准试样施 加静弯曲力矩，直到试样折断为止，取试验过程中的最大载荷， 并按下式计算弯曲强度：弯曲模量为：式中叫做挠度，是试样着力处的位移。弯曲试验也可以让试样一端固定，在另一端施加载荷，或者采用 圆形截面的试样。冲击强度：是衡量材料韧性的一种强
14、度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的 能力，通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量:式中W是冲断试样所消耗的功。冲击强度的测试方法很多，应用较广的有摆锤式冲击试验，落重式冲击试验 和高速拉伸等三类。摆锤式冲击试验是让重锤摆动冲击标准试样，测量摆锤 冲断试样消耗的功，试样的安放方式有简支梁式和悬臂梁式，前者（Sharpy） 试样两端支承着，摆锤冲击式样的中部；后者（Izod）试样一端固定，摆锤冲 击自由端。试样可用带缺口的和无缺口的两种。采用带缺口的试样，目的是 使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱 处，所有的冲击能量都能在局部的地方被吸收，从而提高实
15、验的准确性。这 种情况下，计算冲击强度时，试样的厚度d指的是缺口处试样的剩余厚度。 冲击强度的单位比较混乱，一般常用的为KJ/m2。测试方法：ASTM D256(5)抗折弯性 对材料在反复弯曲情况下的耐久性的一种评价指标, 是耐 疲劳性能的一种, 也是材料韧性的一种表示方法. 一般适用 于较薄的试样, 以反复折弯的周期(次数) 表示, 与试样厚度 有关. Mechanical properties:3.热性能(Thermal) (1) 特征温度如果取一块非晶态高聚物试样，对它施加一恒定的力，观察试样发生的 形变与温度之间的关系，就会得到上面的曲线，通常称之为温度-形变 曲线或热机械曲线。当温度
16、较低时，试样呈刚性固体状，在外力作用下 只发生非常小的形变，形变与受力的大小成正比，当外力除去后形变能 立刻回复，这种力学性质称虎克型弹性，又称普弹性，非晶态高聚物处 于具有普弹性的状态，称为玻璃态；当温度上升到一定范围后，试样的 形变明显增加，并在随后的温度区间达到某一相对稳定的形变，在这个 区域中，试样变成柔软的弹性体，温度继续升高时，形变基本上保持不 变，此时材料所处的状态称为高弹态；温度再进一步升高，则形变量又 逐渐加大，试样最后完全变成粘性的流体，称为粘流态。玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃态转变，对应的转变温度 即玻璃化转变温度，简称玻璃化温度，通常用Tg表示；而高弹态 与粘流态之间的转变温度称为粘流温度，用Tf表示。如果是结晶高聚物, 则会表现出如无机晶体样
