工程塑料材料測試方法

在標準測試，如拉伸或彎曲測試中，材料緩慢吸收能量。而在實(shí)際生活中，材料經(jīng)常遭受迅速的沖擊：下落物體、突然打擊、碰撞、跌落等。沖擊測試的目的就是模擬這些情況。Izod和Charpy方法被用來(lái)測驗試樣受到一定的沖擊力作用時(shí)的狀態(tài)，并估計其脆性或韌性。但這種數據不能用作元件設計計算時(shí)的數據來(lái)源。一種材料的典型狀態(tài)可以通過(guò)在不同條件、不同缺口半徑和測試溫度下測定不同類(lèi)型的試樣而獲得。

兩種測試都在擺錘沖擊實(shí)驗機上進(jìn)行。試樣夾在夾具上，有一定半徑的硬化鋼沖擊刃的擺錘從預定高度落下，導致試樣受到突然負載而剪切。擺錘的剩余能量使它上升：根據下降高度和回升高度的差值可以求得試棒斷裂需要的能量。這個(gè)測試可以在室溫下進(jìn)行，也可以在低溫下進(jìn)行，以測量低溫脆性。試棒的類(lèi)型和缺口尺寸可以不同。

重物落下沖擊測試，如Gardner和Flexed板的結果與落下重物和支持物的幾何形狀有關(guān)。它們只能用于測定材料相對等級。

除非測試設備和試樣的幾何形狀與zui終使用要求一致，否則沖擊值不能化。如果失效模式和沖擊速度相同的話(huà)，通過(guò)各種測試方法得到的材料相對等級應該相同。

沖擊值的說(shuō)明－ASTM與ISO比較

沖擊性能對試樣厚度和分子取向很敏感。ASTM和ISO方法中使用的試樣厚度差別可能對沖擊值有很大影響。厚度從3mm變?yōu)?mm甚至能夠通過(guò)分子質(zhì)量和試樣厚度對Izod缺口沖擊的影響使失效方式發(fā)生轉變，從塑性轉變?yōu)榇嘈孕阅埽ㄒ?jiàn)圖14－9中所示LEXAN聚碳酸酯樹(shù)脂）。但在3mm厚度時(shí)已經(jīng)顯示出脆性的材料，如礦物和玻璃填充等級的材料不受影響。沖擊強化的材料也不會(huì )受到影響。

然而必須意識到——材料沒(méi)有改變，改變的只是測試方法；這里提到的塑性/脆性轉變很少在實(shí)際生活中出現：零件厚度大多為3mm或更小。

Izod沖擊強度ASTM D 256（ISO 180）

缺口Izod沖擊測試已經(jīng)成為比較塑料材料抗沖擊能力的標準（見(jiàn)圖14－10和14－11）。然而，這個(gè)測試測出的模型零件的性能和實(shí)際環(huán)境中測出的沖擊性能沒(méi)有相關(guān)性。因為材料的缺口敏感性不同，這個(gè)測試對某些材料的影響可能會(huì )大于另一些材料。盡管它們經(jīng)常被用來(lái)測量材料的抗沖擊能力，但這項測試更趨向于測量塑料的缺口敏感性而非其抗沖擊能力。測試值被廣泛接受為比較材料韌性的參考值。缺口Izod測試在確定具有許多尖角的零件，如加強筋、交*墻和其它增加應力的零件的抗沖擊力時(shí)效果。無(wú)缺口Izod測試使用同樣的負載分布，只是試樣上沒(méi)有缺口（或者說(shuō)試樣被反過(guò)來(lái)夾緊）。因為沒(méi)有引起應力集中的部位，這種測試的結果總是高于缺口測試的結果。

ISO命名反應了試樣類(lèi)型和缺口類(lèi)型：

 #ISO 180/1A表示試樣類(lèi)型1和缺口類(lèi)型A。如圖14－10所示，試樣類(lèi)型1的尺寸是長(cháng)80mm，寬10mm，厚4mm。

 #ISO 180/1U表示同樣的試樣類(lèi)型1，但反向夾緊，（說(shuō)明沒(méi)有缺口）。使用ASTM方法的試樣尺寸相似，缺口半徑和高度相同，但長(cháng)度不同：63.5mm，而且更重要的在于厚度：3.2mm。

#ISO的結果定義為破碎試樣的以焦耳為單位的能量除以試樣的缺口面積。結果的單位為kJ/m2。

ASTM的結果定義為以焦耳為單位的沖擊能量除以缺口長(cháng)度（試樣的厚度）。其單位為J/m。

如分別討論時(shí)所示的那樣，試樣厚度的不同可能導致不同的沖擊強度說(shuō)明。

燃性測試

UL 94*總體 可燃性UL94等級是應用zui廣泛的塑料材料可燃性能標準。它用來(lái)評價(jià)材料在被點(diǎn)燃后熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時(shí)間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。每種被測材料根據顏色或厚度都可以得到許多值。當選定某個(gè)產(chǎn)品的材料時(shí)，其UL等級應滿(mǎn)足塑料零件壁部分的厚度要求。UL等級應與厚度值一起報告，只報告UL等級而沒(méi)有厚度是不夠的。UL 94等級總結：

1，UL 94 HB*水平測試過(guò)程

對可燃性有安全方面的要求時(shí)，不允許使用HB材料。通常情況下HB級的材料不能于電器，但機械或裝飾品除外。有時(shí)，人們會(huì )有誤解：非FR材料（或沒(méi)有打算用作FR材料的材料）不會(huì )自動(dòng)滿(mǎn)足HB的要求。盡管zui不嚴格，UL 94 HB仍是一個(gè)可燃性分類(lèi)等級，必須經(jīng)測試檢測。

 2，UL 94 V0，V1和V2*垂直測試過(guò)程

 垂直測試（見(jiàn)圖14－17）使用與HB檢測中相同的試樣。燃燒時(shí)間、發(fā)光時(shí)間、何時(shí)開(kāi)始滴落以及下面的棉花是否被引燃都應注明。燃燒滴落被認為是燃燒擴散的主要原因，也是區分V1與V2的標準。

 上圖14－17 UL 94 V0，V1，V2垂直測試過(guò)程

3，UL 94－5V*垂直測試過(guò)程

UL 94－5V是所有UL測試中zui嚴格的（見(jiàn)圖14－18）。

上圖14－18 UL 94－5V垂直測試過(guò)程，它包括兩個(gè)步驟：

步驟一：
垂直安裝一個(gè)標準可燃性試棒，使其經(jīng)受五次127mm火焰，每次持續5秒。如果此后試棒燃燒時(shí)間短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，則通過(guò)測試。整個(gè)過(guò)程要對5個(gè)試棒進(jìn)行重復測試。

步驟二：
同樣厚度的試樣板在水平位置經(jīng)受同等火焰的測試，整個(gè)過(guò)程要對3個(gè)試樣板重復進(jìn)行測試。這個(gè)水平測試形成2個(gè)等級：5VB和5VA。5VB允許產(chǎn)生洞（燒穿）。5VA不允許產(chǎn)生洞。

UL94－5VA是所有UL測試中zui嚴格的，特別用于大型辦公機械的防火罩。對于那些預期壁厚小于1.5mm的產(chǎn)品，應使用玻璃填充材料等級。

4，CSA可燃性CSA C22.2 第0.6號，測試A*

這個(gè)加拿大標準協(xié)會(huì )的可燃性測試的方法與UL 94 5V測試的方法相似。然而，這個(gè)測試更加嚴格：每次測試火焰要持續15秒。而且在前4次火焰測試中，試樣必須在30秒內熄滅；在第五次測試后，火焰在60秒內熄滅（而UL94－5V的5次火焰測試各持續5秒）。滿(mǎn)足CSA測試的結果也被認為滿(mǎn)足UL 94－5V。

5，有限氧氣指數ASTM D 2863（ISO 4589）*

有限氧氣指數用來(lái)測量材料在受控環(huán)境中的相對可燃性。有限氧氣指數是維持熱塑性塑料材料火焰時(shí)，空氣中所需的zui低氧氣含量。

測試所用氣體是外部控制的氮氣和氧氣的混合物。一個(gè)支撐的試樣由引火火焰點(diǎn)燃，然后拿走引火火焰。在下面過(guò)程中，氧氣濃度逐漸降低，直至試樣不能維持燃燒。有限氧氣指數或LOI定義為材料可以燃燒3分鐘或50mm所需的zui低氧氣濃度。LOI值越高就越不容易燃燒。

這項測試并不反映實(shí)際火情下材料的著(zhù)火危險。

光學(xué)測試

模糊與光透射ASTM D 1003

模糊產(chǎn)生于光在材料中的散射，受到分子結構、結晶度或聚合物表面或內部不純凈的影響。模糊只適于半透明或透明的材料，不適于不透明材料。有時(shí)人們認為模糊是光澤的反義詞，即吸收入射光線(xiàn)。然而，模糊測試方法實(shí)際上測量的是半透明材料對光線(xiàn)的吸收、透射和偏向。

試樣放在一窄束強光的信道中，使其中一些光通過(guò)試樣，另一些未受阻擋繼續前進(jìn)。兩部分光線(xiàn)都進(jìn)入安裝了光線(xiàn)探測器的球中。必須確定兩個(gè)量：

*光線(xiàn)的總強度*模糊度，或偏轉角大于2.5°的入射光線(xiàn)的量。根據這兩個(gè)量可以算出兩個(gè)值：

1，模糊度，或偏轉角大于2.5°的入射光線(xiàn)的比例

2，光透射量，或透過(guò)試樣的入射光線(xiàn)的比例。

光澤ASTM D 523

光澤是指表面在某些方向上的反射能力強于其它方向。光澤可以用光澤計測量。一束強光從試樣表面沿一定方向反射，反射光的亮度由光電探測器測出。多數情況下使用60°角，更有光澤的材料可以選用20°角，無(wú)光澤的材料選用85°角。光澤計用一塊光澤值為100的黑色玻璃進(jìn)行校準。塑料的光澤度很低，且受注塑方法影響很大。

模糊度和光澤度

模糊度和光澤度測試測量材料反射和透射光線(xiàn)的能力，并將透明和閃亮等性質(zhì)量化。但模糊度僅適用于透明和半透明的材料，而光澤度可用于任何材料。光澤度和模糊度測試都很。但是它們經(jīng)常用于測量外觀(guān)，也就是一個(gè)很主觀(guān)化的概念。模糊度和光澤度之間的關(guān)系和人們如何鑒定塑料的透明和發(fā)亮等級還不確定。

折射系數ASTM D 542

一束光線(xiàn)沿一定角度透過(guò)透明試樣。光線(xiàn)的偏轉--在光線(xiàn)通過(guò)試樣時(shí)由試樣產(chǎn)生--就是折射系數，由sin a除以sin b得到。