工程材料标准和测试-王瑞锋

中国质量认证中心[塑料的标准和测试]2019/8/82要讲述的主题国际标准化组织和标准代号塑料行业主要涉及到的标准塑料的力学性能塑料的热学性能塑料的电学性能塑料的光学性能塑料的颜色表征塑料的燃烧性能塑料的流变性能塑料的耐侯性能2019/8/83主题深度介绍基本情况实验的定义、意义标准的差别经常遇到的问题2019/8/84国际化标准组织和标准代号返回ISO国际标准化组织IEC国际电工委员会电工标准、电气、电子工程UL美国保险业试验所安全标准（电气、防盗、事故、防火、船舶工业）ITU国际电信联盟四大国际性组织非政府2019/8/85塑料行业主要涉及到的标准返回ASTM美国材料与试验协会1902年成立材料性能和试验是国际标准的主要来源DIN德国标准化学会EN（欧洲标准化委员会）的主体ANSI美国国家标准学会1982年成立BSI英国标准学会GB中国国家标准学会GB/T推荐标准JIS日本工业标准调查会VW德国大众公司标准GME通用汽车标准ES日本三菱区域性组织非政府政府企业2019/8/86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)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）2019/8/87在我国塑料常用的标准2019/8/88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2019/8/89塑料的力学性能返回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2019/8/810塑料的力学性能返回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弹性比例极限硬度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2019/8/811刚性的表征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C11也叫拉伸杨氏模量，使用的最多同一材料因为应力-应变模式一致，因此可用强度来部分代替模量表征刚性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66442211CCCCG2019/8/812塑料的刚性试验返回标准IS0DINGBASTM拉伸试验10×4mm哑铃型12.7×3.2mm哑铃型弯曲试验80×10×4mm101.6×12.7×3.2mm压缩试验细长比10，高30mm——30×15×10mm24.5×12.7×12.7mm几种标准的试样区别2019/8/813塑料的力学性能—拉伸试验返回比例极限2019/8/814拉伸试验的典型图谱弹性段非常小屈服强度和断裂强度的选取超轫材料的伸长率试验现有标准无法满足（新型拉伸样条）2019/8/815拉伸实验中常见的错误2019/8/816弯曲应力是使用中最常见的应力模式弯曲应力是拉伸和压缩的复合应力弯曲实验有三点弯曲和四点弯曲之分弯曲实验中的饶度应根据样条实际尺寸选取2019/8/817弯曲强度和拉伸强度的关系2019/8/818弯曲模量GB/T9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》弯曲应力弯曲应变给定弯曲应变0.0005和0.0025，求取相应弯曲应力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。22/3bhFLf2/6LhsfFEf300500/2019/8/819弯曲模量测试中存在的问题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400Hz2019/8/820两个弯曲的测试标准区别GB/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；GB1449-1983《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2019/8/821两个弯曲的测试标准区别试验参数GB/T9341GB1449样条尺寸长l=80±2mml≥120mm宽b=10.0±0.2mmb=15±0.5mm高h=4.0±0.2mmh=6±0.2mm压头尺寸上压头R1=5.0±0.1mmR1=5.0±0.1mm下压头R2=2.0±0.2mm（试样厚度h≤3mm）R2=5.0±0.2mm（试样厚度h＞3mm）R2=0.5±0.2mm（试样厚度h≤3mm）R2=2.0±0.2mm（试样厚度h＞3mm）试验速率v=2mm/minv=10mm/min（弯曲强度）v=2mm/min（弯曲模量）2019/8/822弯曲强度中剪应力的修正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。标准中默认的误差是3.5%2222341bhFLLs）（2019/8/823关于试验速率弯曲性能的试验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，速度允差为±20%（v≤10mm/min）和±10%（v≥10mm/min），应是有样条时的情况SrhLv62ASTMISO2019/8/824关于拉力机的选型问题最大力值：拉、弯：20000N压缩：50000N最小力值：0.1N引伸计：0.05mm测力精度：±0.01N饶度精度：±0.005mm速度精度：±0.1mm/min取样频率：400Hz2019/8/825塑料的弹性试验返回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压痕硬度球压痕硬度/布氏（Brinell）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针划硬度莫斯（Mohs）硬度、比氏（Bierbaum）硬度2019/8/826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≥6.35mm邵氏硬度厚度≥6mm厚度≥5mm厚度≥6mm2019/8/827洛氏硬度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试样的平整度对测试结果有很大影响，标准中无要求。不能忽视边缘效应。重叠试样会使数据的变异系数增加。2019/8/828邵氏硬度邵氏硬度和材料的耐划伤性能相关。邵氏A：软塑料PE、POE、PU、PVC邵氏D：较硬的塑料PP、ABS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。A硬度压针长度2.50mm，针头1.25mm，面积1.23mm22019/8/829雷诺-标致耐划伤实验PSAD4217552019/8/830塑料的韧性试验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。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。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。塑料的冲击试验是最繁杂的，现在已有的冲击试验标准高达500个。2019/8/831塑料的韧性试验返回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2019/8/832塑料的力学性能返回几种标准的试样区别标准IS0DINGBASTM简支梁80×10×4mm75×15/10×3mm33/45×10/15×3mm缺口：V、U120×15×10mm50×6×4mm缺口：U无缺口：冲击韧性有缺口：冲击强度80×10×4mm50×6×4mm120×15×10mm125×13×13mm缺口：U、V127×12.7×3.2mm127×12.7×6.4mm缺口：V悬臂梁80×10×4mm63.5×12.7×12.7mm63.5×12.7×6.4mm63.5×12.7×3.2mm缺口：V——80×10×4mm63.5×12.7×12.7mm63.5×12.7×6.4mm63.5×12.7×3.2mm缺口：V无缺口25.4×12.7×1.6mm缺口127×12.7×3.2mm127×12.7×6.4mm缺口：V2019/8/833冲击试验中常遇到的问题返回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J/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缺口和无缺口的区别缺口试验中，试样的W变形能约为零。对脆性材料测量简支梁无缺口冲击是失效的。冲击测试中NB要求应指出测试条件。2019/8/834冲击试验中常遇到的问题冲击锤的自然位置调整常常被忽略冲击试验中预仰角的校准是非常关键的。简支梁冲击试验中的跨厚比70/4=17.52019/8/835弯曲试验和间支梁冲击试验2019/8/836J积分试验可以精确表征W断裂引发能的情况。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。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。aUBJ12019/8/837几种实验的应变速率比较拉伸/弯曲2mm/min=0.00003m/s高速拉伸试验500mm/min=0.008m/s简支梁：2.9m/s（冲击能量≤4J）3.8m/s（冲击能量≥4J）悬臂梁：3.5m/s落重法：0.5m3.13m/s1m4.42m/s2m6.26m/s2019/8/838塑料的热性能返回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低温热性能冲击脆化温度导热性和热膨胀性尺寸稳定性2019/8/839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3~6mm厚度3~6.4mm厚度=3.05mm几种标准的试样区别2019/8/840热变形温度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可以看作是材料失去刚性的量度。测试前样条一定要进行热处理去除内应力，否则数据不实。可以和弯曲试验进行类比，可以看出温度-负荷的等同效应。热变形温度测试中的跨厚比GB6.7IS06ASTM7.82019/8/841热变形温度热变形温度的饶度（变形量）是按按照不同高度的试样在试验中达到相同的弯曲弹性模量时的换算值。GB0.4