工程材料标准和测试

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1、中国质量认证中心塑料的标准和测试*2要讲述的主题u国际标准化组织和标准代号u塑料行业主要涉及到的标准u塑料的力学性能u塑料的热学性能u塑料的电学性能u塑料的光学性能u塑料的颜色表征u塑料的燃烧性能u塑料的流变性能u塑料的耐侯性能*3主题深度u介绍基本情况u实验的定义、意义u标准的差别u经常遇到的问题*4国际化标准组织和标准代号 返回uISO 国际标准化组织uIEC 国际电工委员会电工标准、电气、电子工程uUL 美国保险业试验所安全标准（电气、防盗、事故、防火、船舶工业）uITU 国际电信联盟四大国际性组织非政府*5塑料行业主要涉及到的标准 返回uASTM 美国材料与试验协会 1902年成立材料

2、性能和试验 是国际标准的主要来源 uDIN 德国标准化学会EN（欧洲标准化委员会）的主体 uANSI 美国国家标准学会 1982年成立 uBSI 英国标准学会 uGB 中国国家标准学会GB/T推荐标准 uJIS 日本工业标准调查会uVW 德国大众公司标准 uGME 通用汽车标准 uES 日本三菱区域性组织非政府政府企业*6其他常见的和塑料有关的国外组织代号代号含义负责机构API美国石油学会标准美国石油学会（API）ASME美国机械工程师协会标准美国机械工程师协会（ASME）BS英国国家标准英国标准学会（BSI）DIN德国国家标准德国标准化学会（DIN）NF法国国家标准法国标准化协会(AFNOR

3、)SAE美国机动车工程师协会标准美国机动车工程师协会（SAE）VDE德国电气工程师协会标准德国电气工程师协会标准（VDE）*7在我国塑料常用的标准*8我 国 和 塑 料 有 关 的 标 准 代 号行业标准名称行业标准代号主管部门 林业LY国家林业局 轻工QB国家轻工业局 纺织FZ国家纺织工业局 石油天然气ST国家石油和化学工业局 化工HG国家石油和化学工业局 石油化工SH国家石油和化学工业局 建材JC国家建筑材料工业局 地质矿产DZ国土资源部 汽车QC国家机械工业局 民用航空MH中国民航管理总局 兵工民品WJ国防科工委 船舶CB国防科工委 航空HB国防科工委 航天QJ国防科工委 铁路运输TB铁

4、道部 交通JT交通部 电子SJ信息产业部 物资管理WB国家国内贸易局 卫生WS卫生部 包装BB中国包装工业总公司*9塑料的力学性能 返回u力学性能的测试表征应力值应变值 应变速率时间温度应力形式*10塑料的力学性能 返回u刚性和柔性基础实验：拉伸试验、压缩试验、剪切试验复合实验：弯曲试验、蠕变、疲劳、应力松弛等u弹性比例极限硬度u韧性和脆性（缺口敏感性）冲击实验（简支梁、悬臂梁、拉伸冲击/落重冲击/高速冲击）J积分实验高速拉伸实验*11刚性的表征u完整的刚性表征应是材料在不同方向上拉伸模量和 剪切模量组成矩阵的模uC11也叫拉伸杨氏模量，使用的最多u同一材料因为应力-应变模式一致，因此可用强度

5、来 部分代替模量表征刚性u塑料的拉弯实验数据不能直接用于工程设计。1）粘弹态的存在是根本原因2）形状因子A0的介入*12塑料的刚性试验 返回标准IS0DINGBASTM拉伸试 验104mm哑铃型12.73.2mm哑铃型弯曲试 验80104mm101.612.73.2m m压缩试 验细长比10 ，高30mm3015 10mm24.512.712.7m m几种标准的试样区别*13塑料的力学性能拉伸试验 返回 比例极限*14拉伸试验的典型图谱u弹性段非常小u屈服强度和断裂强度的选取u超轫材料的伸长率试验现有标准无法满足 （新型拉伸样条）*15拉伸实验中常见的错误*16弯曲应力是使用中最常见的应力模式

6、u弯曲应力是拉伸和压缩的复合应力u弯曲实验有三点弯曲和四点弯曲之分u弯曲实验中的饶度应根据样条实际尺寸选取*17弯曲强度和拉伸强度的关系*18弯曲模量GB/T9341-2000 塑料弯曲性能试验方法u弯曲应力u弯曲应变u给定弯曲应变0.0005和0.0025，求取相应弯曲 应力u对应饶度s为0.085mm和0.427mm，分辨率为 0.005mm的仪器，理论误差就高达2%，所以 标准规定模量要取3位有效数字。*19弯曲模量测试中存在的问题u许多拉力机软件中模量的计算是和国标要求不同 的。1）力值有效范围，标准的隐含要求最小力值能达到0.1N2）取样点双点取样3）取样频率3.11注3：能借助计算

7、机用两个不同的应力/应变点测量 模量，即把这两点间的曲线经线形回归后来表 示最小取样频率需要400Hz*20两个弯曲的测试标准区别uGB/T9341-2000塑料弯曲性能试验方法（ 等同采用IS0178-1993），适用于热塑性模塑和 挤塑材料，热固性模塑材料，纤维增强热固性 和热塑性复合材料与热致液晶聚合物，不适合 硬制微孔材料和含有微孔材料得夹层结构材料 ；uGB1449-1983玻璃纤维增强塑料弯曲性能试 验方法适用于玻璃纤维织物增强塑料板材和 短切玻璃纤维增强塑料 适 用 范 围*21两个弯曲的测试标准区别试验参数GB/T9341GB1449样 条 尺 寸长l=802mml120mm宽

8、b=10.00.2mmb=150.5mm高h=4.00.2mmh=60.2mm压 头 尺 寸上 压 头R1=5.00.1mmR1=5.00.1mm下 压 头R2=2.00.2mm（试样厚 度h3mm） R2=5.00.2mm（试样 厚度h3mm）R2=0.50.2mm（试样厚度 h3mm） R2=2.00.2mm（试样 厚度h3mm）试验速率v=2mm/minv=10mm/min（弯曲强度） v=2mm/min（弯曲模量 ）*22弯曲强度中剪应力的修正u饶度很大时，支座的反作用力有水平分力，对结 果有影响，应采用下面的公式进行修正。u标准中默认的误差是3.5%*23关于试验速率u弯曲性能的试验

9、速度主要取决于试样测试时的受 力点处外部纤维的应变速率Sr。GB/T9341中要求 应变速率Sr应尽可能接近1%/min，u速度允差为20%（v10mm/min）和10%（ v10mm/min），应是有样条时的情况ASTM ISO*24关于拉力机的选型问题u最大力值：拉、弯：20000N压缩：50000Nu最小力值：0.1Nu引伸计：0.05mmu测力精度：0.01Nu饶度精度： 0.005mmu速度精度： 0.1mm/minu取样频率：400Hz*25塑料的弹性试验 返回u回弹硬度洛氏硬度（Rockwell）：不同试验力作用下的压入深度 差。邵氏回弹硬度 u压痕硬度球压痕硬度/布氏（Brin

10、ell）硬度：标准试验力作用下 单位压痕 面积承受的压力 MPa邵/肖氏硬度（Shore）：规定时间时针压深度（无单位）维氏（viekers）硬度等 u针划硬度莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度*26塑料的弹性试验 返回几种标准的试样区别标准IS0GBDINASTM球压痕 硬度厚度=4mm洛氏硬 度厚度6mm厚度 6.35 mm邵氏硬 度厚度 6mm厚度 5m m厚度 6mm*27洛氏硬度u初始实验力的加载是为 了消除表面不平整对试 验结果的影响u试样的平整度对测试结 果有很大影响，标准中 无要求。u不能忽视边缘效应。u重叠试样会使数据的变 异系数增加。*28邵氏硬度u邵氏硬度

11、和材料的耐划伤性能相 关。 u邵氏A：软塑料PE、POE、PU、PVC邵氏D：较硬的塑料PP、ABSu如果试验表征不是弹性而是耐划 伤性质的情况下，硬塑料测试邵 氏硬度也是有意义的。uA硬度压针长度2.50mm，针头 1.25mm，面积1.23mm2*29雷诺-标致耐划伤实验 PSA D421755*30塑料的韧性试验u和刚性试验相比，韧性试验的主要区别在于 应变速率的不同 。u不同的冲击试验方式，主要的区别是实现冲 击的方式、试样的受力模式和试样获取的初 始能量之间的差异。u冲击模式中，近代逐渐引入单轴和多轴的区 别，多轴冲击更能表征材料的实际受力情况 。u塑料的冲击试验是最繁杂的，现在已有

12、的冲 击试验标准高达500个。*31塑料的韧性试验 返回u冲击强度：单位面积上吸收的能量W=W变形能+W断裂引发能 +W断裂扩展能+W试样飞出功 +W试验能耗韧性缺口敏 感性延性*32塑料的力学性能 返回几种标准的试样区别标准IS0DINGBASTM简 支 梁80104mm 7515/103mm 33/4510/153m m 缺口：V、U1201510m m 5064mm 缺口：U 无缺口：冲击韧性 有缺口：冲击强度80104mm 5064mm 1201510mm 1251313mm 缺口：U、V12712.73.2m m 12712.76.4m m 缺口：V悬 臂 梁80104mm 63.5

13、12.712.7m m 63.512.76.4m m 63.512.73.2m m 缺口：V80104mm 63.512.712.7m m 63.512.76.4m m 63.512.73.2m m 缺口：V无缺口 25.412.71.6m m 缺口 12712.73.2m m 12712.76.4m m 缺口：V*33冲击试验中常遇到的问题返回u 冲击的区别不同试验数据没有明显关系简支梁弯曲应力悬臂量剪切应力拉伸冲击拉伸应力 uJ/m和KJ/m2的区别J/m除以以毫米为单位的宽度数据为KJ/m2 u缺口和无缺口的区别缺口试验中，试样的W变形能约为零。 u对脆性材料测量简支梁无缺口冲击是失效的

14、。 u冲击测试中NB要求应指出测试条件。*34冲击试验中常遇到的问题u冲击锤的自然位置调整常常被忽略u冲击试验中预仰角的校准是非常关键的。u简支梁冲击试验中的跨厚比70/4=17.5*35弯曲试验和间支梁冲击试验*36J积分试验u可以精确表征W断裂引发能的情况。u采用三点弯曲试验，在预制缺口的情况下，加以不同的负荷，求取应力-应变曲线的面积表征能量。u J积分定义：一组名义上相同(即外形相同,只有裂纹 长度不 同)的试样,单调地加载相同位移时,所需要的形 变变化率：式中:B为试样厚度,mm;a为裂纹长度,mm。*37几种实验的应变速率比较u拉伸/弯曲 2mm/min=0.00003m/su高速

15、拉伸试验500mm/min=0.008m/su简支梁： 2.9m/s（冲击能量4J）3.8m/s（冲击能量4J）u悬臂梁： 3.5m/su落重法：0.5m 3.13m/s1m 4.42m/s2m 6.26m/s*38塑料的热性能 返回u高温热性能短期：热变形温度、维卡、扭摆长期：长期耐热、UL温度指数、高温蠕变u低温热性能冲击脆化温度u导热性和热膨胀性u尺寸稳定性*39塑料的热性能 返回标准IS0GBDINASTM热变形80： 10： 4mm120： 10： 15mm110： 3.0-4.2： 9.8-15mm127： 3.2-12.7： 12.7mm维卡厚度36mm厚度 36.4mm厚度= 3.05mm几种标准的试样区别*40热变形温度u热变形温度：高温失去刚性的可能。1.80/0.45/8.00：没有区别，主要看材料应用时受力的大小。K=T1.8/T0.45 可以看作是