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首頁 >>> 技術(shù)文章 >>> 塑料力學(xué)性能測試

塑料力學(xué)性能測試

　　1、拉伸性能

　　定義：

　　在規(guī)定的試驗溫度、濕度及拉伸速度下，通過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。記錄下試樣破壞時的最大負荷和對應(yīng)的標線間距離的變化等情況，可繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

　　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(jié)果不具備可比性;

　　同一種制樣方法，要求工藝參數(shù)和工藝過程也要相同;

　　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(shù)據(jù)采集頻率等。

　　測力傳感器一般要求傳感器的精度在0.5%以內(nèi)。

　　拉伸速度要求平穩(wěn)均勻，速度偏高或偏低都會影響拉伸結(jié)果。

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

　　(3)試驗環(huán)境

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

　　(4)操作過程

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

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

　　(5)數(shù)據(jù)處理

　　現(xiàn)在的材料試驗機多數(shù)由計算機控制，數(shù)據(jù)處理已程序化，但是有些數(shù)據(jù)還是依靠人為測試和計算的，如試樣尺寸、位移變化、伸長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負載體系，第二種方法是四點負載體系。

　　影響因素：

　　(1)跨厚比

　　選擇跨厚比時必須綜合考慮剪力、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(yīng)變速率

　　在相同的試驗厚度下，跨度越大則應(yīng)變速率越小;試驗速度越大則應(yīng)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小，造成壓頭與試樣質(zhì)檢不是線接觸，而是面接觸;若壓頭半徑過大，對于大跨度就會增加剪力的影響，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(diào)整、壓頭與試樣的線接觸和垂直狀況以及撓度值零點的調(diào)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(yīng)力、屈服點以外的形變、壓縮強度、壓縮應(yīng)變和細長比。

　　在實際應(yīng)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間依賴性的標準試驗結(jié)果，就不能作為設(shè)計零件的基礎(chǔ)。

　　試驗是把試樣置于試驗機的兩壓板之間，并在沿試樣兩個端部表面的主軸方向，以恒定速率施加一個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(yù)先規(guī)定的數(shù)為止。

　　影響因素：

　　(1)試樣材料：

　　例如材料內(nèi)應(yīng)力分布、材料結(jié)構(gòu)、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

　　沖擊試驗是用來評價材料在高速載荷狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训牡挚鼓芰Φ脑囼灐?/p>

　　塑料材料的沖擊強度在工程應(yīng)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(guī)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，試樣斷裂時單位面積或單位寬度所消耗的沖擊功即沖擊強度。

　　簡支梁沖擊試驗是擺錘打擊簡支梁試驗的中央;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(guī)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)操作過程

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

　　(5)數(shù)據(jù)處理

　　數(shù)據(jù)處理與試驗結(jié)果的精確度有著密切關(guān)系。

　　5、硬度試驗

　　測定硬度的方法主要有三種類型：

　　(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。

　　球壓痕硬度實驗適用于柔軟的彈性體到較硬的塑料。

　　洛氏硬度實驗主要用于剛硬的工程塑料的硬度評價。

　　邵氏硬度：

　　將規(guī)定形狀的壓針，在標準的彈簧壓力下和規(guī)定的時間內(nèi)，把壓針壓入試樣的深度轉(zhuǎn)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(shù)時間：隨讀數(shù)時間的增加而下降。

　　(5)測點間距離

　　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。

　　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)主試驗力保持時間的影響

　　(5)讀數(shù)時間的影響

　　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(yīng)力作用下，使試樣移動部分與靜止部分呈*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：材料在制造過程中，不可避免地會產(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(yīng)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(guī)定的測定拉伸性能的試樣。

　　應(yīng)力松弛試驗：在恒定形變下，物體的應(yīng)力隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛;應(yīng)力松弛是一種理論上類似于蠕變特點的松弛行為，塑料應(yīng)力松弛程度依賴于應(yīng)變、時間和溫度條件。

　　影響因素：

　　a溫度的影響：溫度越高，蠕變值和應(yīng)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(yīng)力松弛曲線在溫度軸方向產(chǎn)生平移。

　　f結(jié)晶化的影響：結(jié)晶能大大減少蠕變或應(yīng)力松弛。

　　g聚合物分子結(jié)構(gòu)的影響：分子鏈愈柔曲，蠕變和應(yīng)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(yīng)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)過一定的時間周期后，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(yīng)力集中，使此處的應(yīng)力比其他地方高數(shù)倍，數(shù)十倍或數(shù)百倍，就使裂紋迅速擴展，而導(dǎo)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(shù)有一定的影響，但都不太大。

　　b塑料摩擦系數(shù)隨負荷增大而緩慢下降。

　　c在中、低速度范圍內(nèi)，塑料的摩擦系數(shù)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?qū)δゲ牧系牟煌?，其摩擦系?shù)有很大差別。

　　e表面的粗糙度接觸表面愈粗糙，摩擦系數(shù)愈大。但聚四氟乙烯-鋼的摩擦系數(shù)，當鋼的光潔度很高時，卻反而增大，只有當鋼的光潔度在適當范圍內(nèi)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過程中，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。