塑料力學(xué)性能測試

　　1、拉伸性能

　　定義：

　　在規定的試驗溫度、濕度及拉伸速度下，通過(guò)對塑料試樣的縱軸方向施加拉伸載荷，使試樣產(chǎn)生形變直至材料破壞。記錄下試樣破壞時(shí)的最大負荷和對應的標線(xiàn)間距離的變化等情況，可繪制出應力-應變曲線(xiàn)。

　　影響因素：

　　(1)試樣的制備與處理

　　拉伸試驗要求做成啞鈴形試樣;

　　制樣方式有兩種：一是用原材料制樣;二是從制品上直接取樣。

　　用原材料制成試樣有幾種方法，包括模壓成型、注塑成型、壓延成型或吹膜成型等;

　　不同方法制樣的試驗結果不具備可比性;

　　同一種制樣方法，要求工藝參數和工藝過(guò)程也要相同;

　　試樣制備好后，要按GB/T 2918-1998標準，在恒溫恒濕條件下放置處理。

　　(2)材料試驗機

　　影響因素主要有：測力傳感器精度、速度控制精度、夾具、同軸度和數據采集頻率等。

　　測力傳感器一般要求傳感器的精度在0.5%以?xún)取?/p>

　　拉伸速度要求平穩均勻，速度偏高或偏低都會(huì )影響拉伸結果。

　　試驗機的同軸度不好，拉伸位移將偏大，拉伸強度有時(shí)將受到影響，結果偏小。

　　(3)試驗環(huán)境

　　影響塑料拉伸試驗結果的因素主要是溫度和濕度。GB/T 2918-1998，標準實(shí)驗室環(huán)境溫度為(23±2)℃，相對濕度為45%~55%。

　　(4)操作過(guò)程

　　一般情況下，拉伸速度快，屈服應力和拉伸強度增大，而斷裂伸長(cháng)率將減小。

　　高速拉伸時(shí)，分子鏈段的運動(dòng)跟不上外力作用的速度，塑料呈現脆性行為，表現為拉伸強度增大，斷裂伸長(cháng)率減小。

　　(5)數據處理

　　現在的材料試驗機多數由計算機控制，數據處理已程序化，但是有些數據還是依靠人為測試和計算的，如試樣尺寸、位移變化、伸長(cháng)率計算及脫機試驗等。

　　2、彎曲性能

　　測定塑料彎曲性能采用的第一種方法是三點(diǎn)負載體系，第二種方法是四點(diǎn)負載體系。

　　影響因素：

　　(1)跨厚比

　　選擇跨厚比時(shí)必須綜合考慮剪力、支座水平推力以及壓頭壓痕等綜合影響因素。 檢測技術(shù) _

　　(2)應變速率

　　在相同的試驗厚度下，跨度越大則應變速率越小;試驗速度越大則應變速率越大。

　　(3)加載壓頭圓弧和支座圓弧半徑

　　加載壓頭圓弧半徑過(guò)小，造成壓頭與試樣質(zhì)檢不是線(xiàn)接觸，而是面接觸;若壓頭半徑過(guò)大，對于大跨度就會(huì )增加剪力的影響，容易產(chǎn)生剪切斷裂。

　　(4)溫度

　　彎曲強度都隨著(zhù)溫度升高而下降，但下降程度各有不同。

　　(5)操作影響

　　試樣尺寸的測量、試樣跨度的調整、壓頭與試樣的線(xiàn)接觸和垂直狀況以及撓度值零點(diǎn)的調整。

　　3、壓縮性能

　　壓縮性能是描述材料在較低的壓縮負載和均勻加載速率下的行為。

　　壓縮性能包括彈性模量、屈服應力、屈服點(diǎn)以外的形變、壓縮強度、壓縮應變和細長(cháng)比。

　　在實(shí)際應用中，壓縮負載并不總是瞬間加上的，因此，不考慮塑料的剛度和強度對時(shí)間依賴(lài)性的標準試驗結果，就不能作為設計零件的基礎。

　　試驗是把試樣置于試驗機的兩壓板之間，并在沿試樣兩個(gè)端部表面的主軸方向，以恒定速率施加一個(gè)可以測量的大小相等而方向相反的力，使試樣沿軸方向縮短，而徑向方向增大，產(chǎn)生壓縮形變，直至試樣破裂，屈服或試樣變形達到一預先規定的數為止。

　　影響因素：

　　(1)試樣材料：

　　例如材料內應力分布、材料結構、試樣的成型加工方式等;

　　(2)試驗條件：

　　例如試樣形狀、試樣尺寸、試驗機的上下壓板的表面粗糙度或摩擦力以及試驗速度等。

　　4、沖擊性能

　　沖擊試驗是用來(lái)評價(jià)材料在高速載荷狀態(tài)下的韌性或對斷裂的抵抗能力的試驗。

　　塑料材料的沖擊強度在工程應用上是一項重要的性能指標，它反映不同材料抵抗高速沖擊而致破壞的能力。

　　沖擊試驗可分為擺錘式(包括簡(jiǎn)支梁和懸臂梁式)、落球(落錘)式和高速拉伸沖擊試驗等。

　　不同材料、不同用途制品可選擇不同的試驗方法。

　　擺錘式?jīng)_擊試驗包括簡(jiǎn)支梁型和懸臂梁型。

　　這兩種方法都是將試樣放在沖擊機上規定位置，然后使擺錘自由落下，使試樣受到?jīng)_擊彎曲力而斷裂，試樣斷裂時(shí)單位面積或單位寬度所消耗的沖擊功即沖擊強度。

　　簡(jiǎn)支梁沖擊試驗是擺錘打擊簡(jiǎn)支梁試驗的中央;懸臂梁則是用擺錘打擊有缺口的懸臂梁的自由端。

　　影響因素：

　　(1)試樣制備

　　每種制樣過(guò)程都要符合相關(guān)標準，不同制樣方法不具有可比性。 檢測技術(shù) _

　　(2)樣尺寸

　　規格要一致。不同加工方式加工的試樣，其測值不具可比性。

　　(3)試驗環(huán)境

　　沖擊強度值均隨溫度的降低而降低。濕度對某些塑料沖擊強度有影響。

　　(4)操作過(guò)程

　　如沖擊速度，沖擊擺錘刀口與試樣打擊面吻合。簡(jiǎn)支梁沖擊試驗中，如果試樣與支架沒(méi)有貼緊，則容易產(chǎn)生多次沖擊使測試結果不準確。

　　(5)數據處理

　　數據處理與試驗結果的精確度有著(zhù)密切關(guān)系。

　　5、硬度試驗

　　測定硬度的方法主要有三種類(lèi)型：

　　(1)測定材料耐頂針壓入能力的試驗，如邵氏硬度(肖式硬度)、球壓痕硬度試驗等;

　　(2)測定材料對尖頭或其它材料的耐劃痕硬度試驗，如莫氏硬度(Mobs)等;

　　(3)測定材料回彈性的硬度試驗，如洛氏硬度，邵氏反彈硬度試驗等。

　　邵氏A型適用于軟質(zhì)塑料及橡膠;邵氏C型和邵氏D型適用于較硬或硬質(zhì)塑料和硫化橡膠。

　　球壓痕硬度實(shí)驗適用于柔軟的彈性體到較硬的塑料。

　　洛氏硬度實(shí)驗主要用于剛硬的工程塑料的硬度評價(jià)。

　　邵氏硬度：

　　將規定形狀的壓針，在標準的彈簧壓力下和規定的時(shí)間內，把壓針壓入試樣的深度轉換為硬度值，表示該試樣材料的邵氏硬度等級。

　　影響因素：

　　(1)試樣厚度：試樣過(guò)薄，將使測定的硬度值偏大。

　　(2)壓針：壓針端部形狀越平坦，測得的硬度值越大。

　　(3)溫度：測試溫度高，測得的硬度值低。

　　(4)讀數時(shí)間：隨讀數時(shí)間的增加而下降。

　　(5)測點(diǎn)間距離

　　洛氏硬度：

　　屬于靜載壓痕法硬度試驗，可用于軟的彈性體材料到較剛硬塑料的硬度值評價(jià)。

　　影響因素：

　　(1)試驗儀器的影響

　　(2)測試溫度的影響

　　(3)試樣厚度的影響

　　(4)主試驗力保持時(shí)間的影響

　　(5)讀數時(shí)間的影響

　　6、其他力學(xué)性能測試

　　(1)剪切試驗

　　剪切強度定義為在剪切應力作用下，使試樣移動(dòng)部分與靜止部分呈*脫離狀態(tài)所需之大負荷。

　　影響因素：a：剪切速度：同一種材料隨著(zhù)剪切試驗速度的增加，其剪切強度也增大。b：試樣厚度：材料在制造過(guò)程中，不可避免地會(huì )產(chǎn)生一些氣孔雜質(zhì)或低分子物質(zhì)等缺陷，試樣越厚，存在缺陷的概率也越高，因此一般試樣越厚其剪切強度值也越低。c：環(huán)境溫度：隨著(zhù)溫度的升高，剪切強度明顯下降，且熱塑性材料較熱固性材料的影響更為明顯。

　　(2)蠕變及應力松弛試驗

　　蠕變試驗：試驗樣品使用相關(guān)材料標準或GB/T 1040.2-2006中規定的測定拉伸性能的試樣。

　　應力松弛試驗：在恒定形變下，物體的應力隨時(shí)間而逐漸衰減的現象稱(chēng)為應力松弛;應力松弛是一種理論上類(lèi)似于蠕變特點(diǎn)的松弛行為，塑料應力松弛程度依賴(lài)于應變、時(shí)間和溫度條件。

　　影響因素：

　　a溫度的影響：溫度越高，蠕變值和應力松弛值也越大。

　　b壓力的影響：增大壓力，降低分子鏈段的活動(dòng)性，即降低了柔量。

　　c聚合物分子量的影響：分子量較小，熔融粘度與分子量成正比。

　　d交聯(lián)狀態(tài)的影響：交聯(lián)度提高，蠕變速率明顯下降。

　　e共聚和增塑作用的影響：共聚和增塑使蠕變和應力松弛曲線(xiàn)在溫度軸方向產(chǎn)生平移。

　　f結晶化的影響：結晶能大大減少蠕變或應力松弛。

　　g聚合物分子結構的影響：分子鏈愈柔曲，蠕變和應力松弛就愈明顯;相反，剛性分子鏈及鏈間作用力大的材料，蠕變及應力松弛就小。

　　(3)疲勞試驗

　　疲勞是在較靜態(tài)極限載荷小的載荷作用下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間周期后，首先在材料中產(chǎn)生很小的疲勞裂紋，然后在裂紋或材料的缺陷處(如雜質(zhì)、填料、氣泡、裂隙、表面擦傷、刻痕等)處產(chǎn)生應力集中，使此處的應力比其他地方高數倍，數十倍或數百倍，就使裂紋迅速擴展，而導致材料的力學(xué)性能減弱或破壞。

　　疲勞是材料在周期性的交變載荷作用下發(fā)生的破壞。

　　銀紋化和剪切流變是聚合物疲勞過(guò)程中普遍的分子鏈變形方式。

　　(4)摩擦及磨耗性能

　　摩擦性能：指在摩擦過(guò)程中，材料的表面不斷損失的性能。

　　影響因素：

　　a溫度對摩擦系數有一定的影響，但都不太大。

　　b塑料摩擦系數隨負荷增大而緩慢下降。

　　c在中、低速度范圍內，塑料的摩擦系數隨速度的增加而增大，但在高速下，隨速度的增加而降低。

　　d配對材料 同一種塑料，因對磨材料的不同，其摩擦系數有很大差別。

　　e表面的粗糙度 接觸表面愈粗糙，摩擦系數愈大。但聚四氟乙烯-鋼的摩擦系數，當鋼的光潔度很高時(shí)，卻反而增大，只有當鋼的光潔度在適當范圍內才降到最小，這可能和聚四氟乙烯在鋼表面的粘附有關(guān)。

　　f其他因素：如塑料的加工方法，試樣的厚度等。

　　磨耗性能：在摩擦力作用下的整個(gè)過(guò)程中，發(fā)生一系列的機械、物理、化學(xué)的相互作用，以致材料表面發(fā)生尺寸變化和物質(zhì)損耗。

　　影響因素：

　　a砂輪 砂輪是試驗時(shí)的磨料，其切割力的大小，直接影響試驗結果，在使用過(guò)程中，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，在其表面會(huì )附著(zhù)一層發(fā)粘的膠沫，甚至染上油污，這些對試驗結果都有影響。

　　b角度 角度增大，其滑動(dòng)率也隨之增大，磨耗量呈直線(xiàn)激烈增加。

　　c負荷 磨耗量隨負荷的增加而逐漸增大。

　　d試樣 試樣長(cháng)度越短磨耗量越大，試樣越長(cháng)磨耗量越小;試樣厚度增加，磨耗量逐漸增大;試樣夾板的大小，試樣打滑的情況對磨耗量都有影響;轉速的影響不太明顯。

　　測試標準

　　GB/T.1040-2006 塑料拉伸性能的測定

　　GB/T.2918-1998 塑料試樣狀態(tài)調節和試驗的標準環(huán)境

　　GB/T.17200-2008 橡膠塑料拉力、壓力和彎曲試驗機(恒速驅動(dòng))技術(shù)規范

　　GB/T.1043.1-2008 塑料簡(jiǎn)支梁沖擊性能的測定 第1部分：非儀器化沖擊

　　GB/T.1843-2008 塑料懸臂梁沖擊強度的測定

　　GB/T.9871-2008 硫化橡膠或熱塑性橡膠老化性能的測定拉伸應力松弛試驗

　　GB/T.18941-2003 高聚物多孔彈性材料定負荷沖擊疲勞的測定

　　GB/T.25262-2010 硫化橡膠或熱塑性橡膠磨耗試驗指南

　　GB/T.3960-1983 塑料滑動(dòng)摩擦磨損試驗方法

　　GB/T.5478-2008 塑料滾動(dòng)磨損試驗方法