测试塑料洛氏硬度

目录1.测试塑料拉伸性能2.测试塑料弯曲性能3.测试塑料冲击性能4.测试塑料洛氏硬度一、测试塑料拉伸性能基本概念:•拉伸应力：试样在计量标距范围内，单位初始横截面上承受的拉伸负荷。•拉伸强度：在拉伸试验中试样直到断裂为止，所承受的最大拉伸应力。•拉伸断裂应力：在拉伸应力-应变曲线上，断裂时的应力。•拉伸屈服应力：在拉伸应力-应变曲线上，屈服点处的应力。•断裂伸长率：在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比，以百分率表示。ε断=(L-L0)/L0×100%式中：L0------试样标线间距离，mmL-------试样断裂时标线间距离，mm•弹性模量：在比例极限内，材料所受应力与产生响应的应变之比。•应力-应变曲线由应力-应变的相应值彼此对应的绘成曲线，通常以应力值作为纵坐标，应变值作为横坐标。应力-应变曲线一般分为两个部分：弹性变形区和塑性变形区，在弹性变形区，材料发生可完全恢复的弹性变形，应力和应变呈正比例关系。曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值，它代表材料的刚性。弹性模量越大，刚性越好。在塑性变形区，应力和应变增加不在呈正比关系，最后出现断裂。实验原理拉伸试验是对试样沿纵轴向施加静态拉伸负荷，使其破坏。通过测定试样的屈服力，破坏力，和试样标距间的伸长来求得试样的屈服强度，拉伸强度和伸长率。试验方法•拉伸试验(应力-应变试验)一般是将材料试样两端分别夹在两个间隔一定距离的夹具上，两夹具以一定的速度分离并拉伸试样，测定试样上的应力变化，直到试样破坏为止。•拉伸试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法之一，需要使用恒速运动的拉力试验机。按载荷测定方式的不同，拉力试验机大体可以分为摆锤式拉力试验机和电子拉力试验机两类，目前使用较多的是电子拉力试验机。操作要点1、在试样中间部分作标线，此标线应对测试结果没有影响。2、测量试样中间平行部分的宽度和厚度，每个试样测量三点，取算术平均值。3、拉伸速度一般根据材料及试样类型进行选择。4、夹具夹持试样时，试样纵轴与上，下夹具中心线重合，并防止试样滑脱，或断在夹具内。5、试样断裂在中间平行部分之外时，应另取试样补做。仪器和试样•拉力试验机一台•冲片机一台；塑料片材一块•或用注塑机制得标准试样五根以上实验步骤和数据处理•试样得制备•用哑铃形标准裁刀在冲片机上冲取塑料薄片试样，沿纵向和横向各取五条，精确测量试样细颈处的宽度和厚度，并在细颈部分划出长度标记。也可用注塑机模塑出标准测试样条。•选择试验机载荷，以断裂时载荷处于刻度盘得1/3~4/5范围之内最合适。•选择，调整试验机的下夹具的下降速度。对于软质热塑性塑料，拉伸速度可取50mm/min,100mm/min,200mm/min,500mm/min。•将试样装在夹具上，在使用夹具时应先用固定器将上夹具固定，防止仪器刀口损坏，试样夹好后松开固定器。•按下启动按钮，电机开始运转，下夹具开始下降，指针开始指示。在此过程中，用手控制标尺上的两根划尺，使△形指针随试样细颈上的两标记而动，直至试样断裂。记录指示盘读数和两划尺之间的距离。•按回行开关，将下夹具回复到原来位置，并把指示盘指针拨回零位，开始第二次试验。数据的记录与处理编号12345平均L0(mm)b(mm)d(mm)L(mm)P(N)Ts(Mpa)Eb(100%)参数说明•拉伸强度：TS=Pmax/bd(Mpa)•断裂伸长率：Eb=(L-L0)/L0×100%•式中：Pmax：试样拉伸时的最大载荷[N]•b：试样宽度[mm]•d：试样厚度[mm]•L0：试样原始长度[mm]•L：试样断裂时两线间距[mm]影响因素•1、成型条件•2、温度与湿度•3、变形速度•4、其他二、测试塑料弯曲性能基本概念：•挠度：弯曲试验过程中，试样跨度中心的定面或底面偏离原始位置的距离。•弯曲应力：试样在弯曲过程中的任意时刻，中部截面上外层纤维的最大正应力。•弯曲强度：在到达规定挠度值时或之前，负荷达到最大值时的弯曲应力。•定挠弯曲应力：挠度等于试样厚度1.5倍时的弯曲应力。•弯曲屈服强度：在负荷－挠度曲线上，负荷不增加而挠度骤增点的应力。实验原理：试验时将一规定形状和尺寸的试样置于两支坐上，并在两支坐的中点施加一集中负荷，使试样产生弯曲应力和变形。这种方法称静态三点式弯曲试验（图3）。测试条件：试样可采用注塑、模塑、或板材经机械加工制成矩形截面试样。•试样尺寸：•标准试样长（l）宽（b）厚（d）模塑大试样120±215±0.210±0.2模塑小试样55±16±0.24±0.2板材试样10d±2015±0.2d板材试样厚度为1～10mm；每组试样不少于5个。•试验条件•试验跨度：10d±0.5•试验速度：2.0±0.4mm/min(标准试样)•规定挠度：8.0mm（标准大试样），3.2mm（标准小试样）试验装置四、结果的计算232dtpLbt弯曲应力或弯曲强度按下式计算：式中：弯曲应力或弯曲强度，MpaP：试样承受的弯曲负荷，NL：跨度，mb：试样宽度md：试样厚度m计算一组数据的平均值，取三位有效数字。若要求计算标准偏差，可按下式计算：21()1niiXXsnX式中：Xi：单个测定值；：一组测定值的算术平均值；n：测定值个数。影响因素：•1、跨厚比•2、应变速率•3、加载压头圆弧和支座圆弧半径•4、温度•5操作影响三、测试塑料冲击性能基本概念：•无缺口试样冲击强度：无缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样原始截面积之比。•缺口试样冲击强度：缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样原始截面积之比。•相对样冲击强度：缺口试样的冲击强度与无缺口试样的冲击强度之比，或同类型试样A型缺口冲击强度与B型缺口冲击强度之比。•完全破坏：指经过一次冲击使试样分成两段或几段。实验原理•冲击试验是用来度量材料在高速冲击状态下的韧性或对断裂的抵抗能力。•一般冲击实验采用三种方法：（1）摆锤式：试验安放形式有简支梁式（charpy）----支撑试样两端而冲击中部；悬臂梁式（Izod）---试样一端固定而冲击自由端。（2）落球式。（3）高速拉伸法。（3）法虽较理想，可直接转换成应力—应变曲线，计算曲线下的面积，便可得冲击强度，还可定性判断是脆性断裂还是韧性断裂，但对拉力机要求较高。仪器设备：冲击摆锤试验机简支梁冲击实验机的基本原理•试验机的基本构造有三部分（图2）：机架部分，摆锤部分和指示部分。•试验的基本原理是：摆锤高置于机架的扬臂上，扬角为α，当摆锤自由落下，位能转化为动能将试样冲断，冲击后摆锤以其剩余能量升到某一高度，升角为β。图2摆锤式冲击实验机工作原理•根据冲击过程的能量守恒：•ωL（1-cosα）=(1-cosβ)+A++Aβ+1/2mv2•式中：ω冲击锤重量，L冲击锤摆长•A冲断试样所消耗的功•AαAβ分别为摆锤在克服空气主力所消耗的功；1/2mv2为试样断裂时飞出部分所具有的能量。•通常上式右后边三项部分都可忽略，所以：•A=ωL（cosβ-cosα）•根据ω、L、α和设定A值，可由上式算出β值而绘出读数盘，实测时根据读数盘（即β值）读出A值。必须指出，实际上不同试样受冲击后有不同程度的“飞出功”，尤其脆性材料是不能忽视的，因读数盘是根据（8）式绘制的，所以读出的A值包括了，当占比例较大时，测试结果不准确，且不易重复。•注意：试样厚度，缺口大小，形状，测试时试样的跨度都影响测试结果。影响因素：•1、冲击过程的能量消耗•2、温度和湿度•3、试样尺寸•4、冲击速度四、测试塑料洛氏硬度基本概念：•硬度试验是测量固体材料表面硬度的一种材料机械性能试验。•硬度试验是材料试验中最简便的一种，与其他材料试验如拉伸试验、冲击试验和扭转试验相比，具有以下特点：①试验可在零件上直接进行而不论零件大小、厚薄形状；②试验时留在表面上的痕迹很小，零件不被破坏；③试验方法简单、迅速。硬度试验在机械工业中广泛用于检验原材料和零件在热处理后的质量。•由于硬度与其他机械性能有一定关系，也可根据硬度估计出零件和材料的其他机械性能。硬度试验方法很多，一般分为划痕法、压入法和动力法3类。•1919年，美国人洛克威尔（Rockwell）提出洛氏硬度试验方法。•塑料洛氏硬度试验方法标准有GB/T9342—1988，•ISO2039/2—1987和ASTMD785——1989等。•塑料洛氏硬度采用较小的负荷、较大的压痕器和大量程结构的硬度计。•洛氏硬度标尺：由负荷的大小与压痕器直径组合构成，适用不同硬度材料的试验。实验原理•洛氏硬度是用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加主试验力，然后卸除主试验力，保留初试验力，用前后两次初试验力作用下压头压入试样的深度差计算出的硬度值。•洛氏硬度值的计算公式：•（1）按下式计算洛氏硬度值:HR＝130-e•式中：e——卸去主负荷后的压入深度，每单位为0.002mm•（2）直接用硬度读数盘读取硬度值。•洛氏硬度值须在数字前应加上前缀标尺字母。chkHR实验设备•洛氏硬度仪结构：由机架、压头、加力机构、硬度指示器和计时装置组成。•试样：厚度不应小于6mm，均匀、表面光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质等。•操作:1）选定试验标尺，所测的洛氏硬度值应在标尺的50～115之间,硬度指示器能测量压头压入深度到0.001mm，每一分度值等于0.002mm。计时装置能指示初试验力、主试验力全部加上时及卸除主试验力后，到读取硬度值时，总试验力的保持时间，计时量程不大于60s。2）将试样放在工作台上，施加初负荷，调整千分表到零点；保持10s后施加主负荷，保持15s卸去主负荷（保留初负荷），测量压入深度。影响因素•1、试验仪器的影响:机架的变形量超过标准；主轴倾斜；压头夹持方式不正常；加荷不平稳以及压头轴线偏移等。•2、测试温度的影响:随着测试温度的上升，各种塑料材料的洛氏硬度值都将下降，尤其是对热塑性塑料的影响更为显著。•3、试样厚度的影响:试样厚度小于6mm时，对硬度值的影响较大；试样厚度大于6mm时对硬度值的影响较小。规定试样厚度不得小于6mm。•4、主试验力保持时间的影响:塑料属于黏弹性材料，在试验载荷作用下，试样的压痕深度随加荷时间的增加而增加，硬度值随着降低。低硬度材料的影响较高硬度材料的明显。•5、读数时间的影响:主试验力卸除后，试样压痕将产生弹性恢复，有一定时间，因此卸荷后距读数时间越长，压痕的弹性恢复时间也越长，侧得的硬度值应当偏高。•误差分析1.读数偏高首先看压头压点，由于球变平而引起读数偏高，工作中摩擦，灰尘或碎片的存在也会引起读数偏高。2.读数偏低测试时仪器受到振动或压头松动会造成读数偏低。3.读数不一致这是由于试样未放牢，或者压头，负载选择不正确造成的。