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实验七塑料邵氏硬度测定一、实验目的1.了解塑料硬度的概念及表示方法；2.掌握邵氏硬度测量的基本原理及测量方法。二、实验原理硬度是物质保持其本身形状不变的性质。塑料的硬度通常是指塑料材料抵抗一种视为不发生弹性和塑性变形的刚性物质对它压入力的能力，其数值大小可认为是塑料软硬程度有条件的定量反映。塑料硬度虽然没有像金属材料硬度与其它力学性能之间有固有的对应关系，但是硬度仍然是材料研究质量控制和产品检验等的一项重要指标。硬度测试的方法很多，按加载方式的不同可分为动载法和静载法两种，其中静载法较为常用。塑料硬度测量过去大都借用金属材料硬度测试方法，如布氏，洛氏，维氏，巴氏和邵氏等。这些方法的基本原理都是用一定直径得到钢球或钢针压痕器，平稳地压入式样，卸载后用压痕面积或压痕深度或穿透能力来表征材料硬度的大小。塑料与金属材料不同，金属材料在硬度测试卸载后，压痕的恢复可以忽略不计，而塑料由于具有高分子材料的粘弹及松弛特性，其卸载后的弹性恢复是不可忽略的。因此，用金属硬度计测量塑料的硬度是不科学的，由此也就提出了塑料及其它高分子材料在载荷作用下直接测量压痕的硬度的测定的方法。邵氏硬度计，是测定硫化橡胶和塑料制品硬度的仪器。具有结构简单、使用方便、型小体轻、读数直观等特点，产品符合GB/T531-1999及其它相关标准的要求，既可以随身携带手持测量，也可以装置在配套的邵氏硬度计测试机架上使用。邵氏硬度计是将规定形状的压针在标准的弹簧力下压入试样，把压针压入试样的深度转换为硬度值。邵氏硬度计有指针式和数显式两种，型号有邵氏A型、C型和D型，其区别在于测量硬度范围不同。1.邵尔A型硬度计，主要用于塑料合成橡胶及其他相关化工制品（皮革、多元脂、蜡等硬度）的硬度测量，用HA表示。2.邵氏C型硬度计是测定压缩率为50%时应力为0.5kg/cm2以上的含有发泡济制成的橡塑微孔材料硬度，也可用于类似硬度的其他材料，用HC表示。3.邵尔D型硬度计适用于一般硬橡胶、硬树脂、压克力、玻璃、热塑性塑胶、印刷板、纤维等高硬度材料的硬度测试，用HD表示。A型和D型邵氏硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及压针施加压力的弹簧组成。压针的尺寸及其精度如图4-10所示。图4-10邵氏A型和D型硬度计压针a－3.000.50；b－0.15；c―00.04；d―0.03；r―0.012(1)读数度盘度盘为100分度，每一分度相当于一个邵氏硬度值。当压针端部与下压板处于同一平面时，即压针无伸出，硬度计度盘指示为100，当压针端部距离下压板2.50±0.04mm时，即压针完全伸出，硬度计度盘应指示为0。(2)压力弹簧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。其大小与硬度计所指刻度的关系如下式所示：A型硬度计：AAF=56+7.66Hgf或AAF=549+75.12HmND型硬度计：DDF=45.36Hgf或DDF=444.83HmN式中FA、FD分别为弹簧施加于A型和D型硬度计压针上的力（mN）或gf；HA、HD分别为A型硬度计和D型硬度计的读数。(3)下压板为硬度计与试样接触的平面，它应有直径不小于12mm的表面，在进行硬度测量时，该平面对试样施加规定的压力，并与试样均匀接触。(4)测定架应备有固定硬度计的支架、试样平台（其表面应平整、光滑）和加载重锤。实验时硬度计垂直安装在支架上，并沿压针轴线方向加上规定质量的重锤，使硬度计下压板对试样有规定的压力。对于邵氏A为1kg，邵氏D为5kg。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，用D型硬度计测量硬度值低于20时，改用A型硬度计测量。硬度计的校准：在使用过程中压针的形状和弹簧的性能都会发生变化，因此对硬度计的弹簧压力、压针伸出最大值及压针形状和尺寸应定期检查校准。推荐使用邵氏硬度计检定仪校准弹簧力。压针弹簧力的检定误差，A型硬度计要求偏差在±0.4g之内，D型硬度计偏差在±2.0g以内。若无邵氏硬度计检定仪，也可用天平秤来校准，只是被测得的力应等于硬度与所指刻度关系式所计算的力（A型偏差±8g，D型偏差±45g）。三、实验试样和仪器设备1.试样聚丙烯块状材料。试样应厚度均匀，用A型硬度计测定硬度，试样厚度应不小于3mm。除非产品标准另有规定。当试样厚度太薄时，可以采用两层、最多不超过三层试样叠合成所需的厚度，并保证各层之间接触良好。试样表面应光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质等。试样大小应保证每个测量点与试样边缘距离不小于12mm，各测量点之间的距离不小于6mm。可以加工成50mm×50mm的正方形或其他形状的试样。每组试样的测量点不少于5个，可在一个或几个试样上进行。2.仪器设备A型邵氏硬度计。四、实验步骤(1)按GB1039-92《塑料力学性能实验方法总则》中第2.3.4条规定调节实验环境并检查和处理试样。对于硬度与温度无关的材料，实验前应在实验环境中至少放置1h；(2)将硬度计垂直安装在硬度计支架上，用厚度均匀的玻璃平放在试样台上，在相应的重锤作用下使硬度计下压板与玻璃完全接触，此时读数盘指针应指示100，当指针完全离开玻璃片时，指针应指示0。允许最大偏差为±1个邵氏硬度值；(3)将待测试样置于测定架的试样平台上，使压针头离试样边缘至少12mm，平稳而无冲击地使硬度计在规定重锤的作用下压在试样上，从下压板与试样完全接触15s后立即读数。如果规定要瞬时读数，则在下压板与试样完全接触后1s内读数；(4)在试样上相隔6mm以上的不同点处测量硬度至少5次，取其平均值。注意：如果实验结果表明，不用硬度计支架和重锤也能得到重复性较好的结果，也可以用手压紧硬度计直接在试样上测量硬度。五、数据处理(1)硬度值表示从读数度盘上读取的分度值即为所测定的邵氏硬度值。用符号HA表示邵氏A的硬度。如：用邵氏A硬度计测得硬度值为50，则表示为HA50。实验结果以一组试样的算术平均值表示。(2)标准偏差(s)计算2XXsn1式中X——单个测定值；X——组试样的算术平均值；N——测定个数。六、思考题1.硬度实验中为何对操作时间要求严格？2.邵氏硬度A如何定义和表示？与金属材料的硬度测量相比有何特点？3.影响邵氏硬度A硬度实验的因素有哪些？实验中如何保证测试结果的准确性。