材料结构性能参数介绍.ppt
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1、GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet材料结构性能参数介绍材料结构性能参数介绍-A brief reviewRoger HuGEPlasticsSpecialty Film&Sheet (East Region)16th,Plaza 66,1266 Nanjing Road(W),ShanghaiJune 15th,2005GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&SheetPurpose of this introduction:1.了解材料的基本性能参数2.熟悉材料的特性3.判断材料类别4.更好地服务客户GE Pla
2、sticsGE PlasticsSpecialtyFilm&SheetContent:1.基本物性(Basic concept)2.机械力学性能(Mechanical)3.热性能(Thermal)4.电性能(Electrical)5.耐燃性能(Flamability)6.光学性能(Optical)GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet1.基本物性基本物性Physical(1)密度(比重)密度密度:所谓密度,就是23 C下单位体积物质的质量,其国际单位为g/cm3,常用单位有g/ml,kg/L,1000kg/m3等。比重:是物体的密度与相同温度下水的密
3、度的比值。一般地,密度=比重*0.99756。测定方法:GB1033-70塑料相对密度测试方法ASTMD792GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet比重和密度常被用来计算面积因子,即指定厚度的每公斤产品的面积(平方米).面积因子=1/(比重*厚度)m2/kgkg/m3mGE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(2)颜色 Color颜色颜色:聚合物本身一般都是无色透明或白色的,但是可以通过添加色母料或色粉将材料染成各种颜色。8010MC-112FR65-116FR700-701,FR83-116/701FR1-
4、1001,10668020-?,8A23-?GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(3)吸水性Water Absorption吸水率吸水率:是指规定尺寸的试样浸入规定温度(一般为252)的蒸馏水中,经过24h测定其吸水量,计算单位面积的吸水量和吸水率。塑料材料的吸水率与其结构中的极性基团有关。一般地,聚合物分子结构中含有的酯键,醚键,酰胺键等强极性基团的比例越高,就越容易吸水。因此这些材料都应该妥善贮存在干燥的地方,并且在使用前一定要经过干燥,把含水率降低到允许的范围之内,以免过多的水分在成型加工过程中导致材料劣化。PC:0.280.35%;FR1:
5、0.48%;FRPP-GK17 0.06%Ultem1000:0.25%;PI:2.9%;PET:0.8%测试方法:GB1034-70 ASTM D570GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(4)摩擦系数Friction摩擦系数、磨耗摩擦系数、磨耗:两个互相接触的物体,彼此间有相对位移或相对位移趋势时,互相间产生的阻碍位移的机械作用力即为摩擦力,表示材料的摩擦特性的参数就是摩擦系数和磨耗值。摩擦力按照下式计算:F=式中,-正压力(有动态的和静态的),单位为牛顿(N)-摩擦系数(静态时用s表示,动态时用k表示)。磨耗值是指在规定的试验条件(载荷、速度
6、、温度、湿度)下,经过一定时间或距离摩擦后,材料所损失的重量。测试方法:可参照GB3960-83注意注意:摩擦系数和磨耗值大小不是常数,而是依赖于负荷、接触面积、表面结构、滑动速度、温度及使用润滑剂等的情况。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(5)硬度Hardness硬度硬度:是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标。硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关,而硬度试验又不破坏材料、方法简便,所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代方法。硬度试验方法很多,加荷方式有动载法和静载法两类,前者用弹性回跳法和冲击力把钢球压入试样,后者则以一定形状的硬
7、材料为压头,平稳地逐渐加荷将压头压入试样,通称压入法,因压头的形状不同和计算方法差异又分为布氏、洛氏、邵氏和巴克尔氏等。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet布氏硬度布氏硬度:在规定的负荷下,将标准钢球压入试样,保持一定时间后,以试样上压痕直径或压狠深度来计算单位面积上承受的力。单位以Pa(1Pa=1N*m-2)表示。以压痕直径计算时:以压痕深度计算时:式中,P-所加载荷(N)D-钢球直径(m)d-压痕直径(m)h-压痕深度(m)该方法适用于热固性塑料或硬质塑料。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet洛氏硬
8、度洛氏硬度:洛氏硬度有两种标示方法:洛氏硬度标尺和洛氏硬度。洛氏硬度标尺:一定直径的钢球,在载荷从初负荷增加为主负荷,然后再返回初负荷时钢球压痕深度的增量,适用于较硬的塑料,分为R、M、L标尺。洛氏硬度:一定直径的钢球,在规定的负荷的作用下,压入试样的深度。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet邵氏硬度邵氏硬度(Shore)Shore):使用邵氏硬度计,在规定负荷的标准压痕器作用下,经严格规定的时间,以压痕器的压针压入试样的深度表示。邵氏硬度分为邵氏A和邵氏B。邵氏A适用于较软的塑料,邵氏B适用于较硬的塑料。(参看GB2411-80)巴克尔氏硬度巴克
9、尔氏硬度:以特定压头在标准弹簧的压力作用下压入试样,以压痕的深浅来表示试样的硬度,适用于测定纤维增强塑料及其制品的硬度,也可用于非增强硬质塑料。(参看GB3854-83)GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet铅笔硬度铅笔硬度Pencil Hardness铅铅笔笔硬硬度度:主要以铅笔的硬度标号来测定材料表面/涂膜硬度,即使用一组规定铅芯尺寸,形状和硬度的铅笔划过材料表面/涂膜,判断材料表面/涂膜抗击被犁破或划伤的能力,该方法操作简便,结果直观,但可能因不同操作人员或不同品牌不同批次的铅笔而有一定的误差.具体测试方法:把削好的铅笔插入小车的斜孔(45度)
10、内,拧紧固定的螺丝,使小车基本保持水平.把小车放在制备好的试样上,两手指捏住车轮的中心,以0.5MM/S的速度向前推行,使笔尖划涂膜的表面,根据不同硬度的铅笔来判定涂膜的硬度,一般将划5次中至少有4次不能犁破表面/涂膜的最硬铅笔的硬度作为材料表面/涂膜的铅笔硬度值.笔尖重负:10.05Kg,铅笔规格:B6H6,可用三菱或中华系列铅笔.具体判定方法根据GB/T6739-1996标准的规定进行.测试方法:ASTM D3363,GB/T6739-1996GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(6)(6)面积因子面积因子Area FactorArea Fac
11、tor这是为了应用操作中方便的一种计算方法,可以根据使用者的习惯自行定义。常用的为密度的倒数,单位则可以多种多样,如m3/kg,m2/kg/mm,ft2/lb/mil等。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet2.机械力学性能机械力学性能(Mechanical)Mechanical)(1)应力与应变应力与应变应力和应变应力和应变:当材料受到外力作用,而所处的条件使它不能产生惯性移动时,它的几何形状和尺寸将发发生变化,这种变化就称为应变应变。材料发生宏观的变形时,其内部分子间以及分子内各原子间的相对位置和距离就要发生变化,产生了原子间及分子之间的附加的内
12、力,抵抗着外力,并力图恢复到变化前的状态,达到平衡时,附加内力与外力相等,方向相反。定义:单位面积上的附加内力为应力应力。显然,其大小与单位面积上受到的外力相等。在国际单位制中,应力的单位为N/m2,又称Pa。常见的应力单位还有达因/厘米2(0.1Pa),公斤/厘米2(9.807X104Pa),和psi磅/英寸2(6.895X103Pa)。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(2)刚度刚度(Stiffness)刚度刚度:所谓刚度,是指材料或构件在外力作用下抵抗变形的能力。刚度是个整体概念,应该与硬度区别开来。硬度系材料表面抵抗变形或破坏的能力。它们
13、之间是既有联系又有区别的。一般地,刚性越好的材料,硬度也会越高,材料就会比较脆,韧性就较差。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(3)模量模量(Modules)模量模量:对于理想的弹性固体,应力与应变关系服从虎克定律,即应力与应变成正比,比例常数称之为弹性模量:可见,弹性模量是材料发生单位应变时的应力,它表征材料抵抗变形能力的大小,模量越大,越不容易变形,表示材料的刚度也就越大。弹性模量有三种基本类型:杨氏模量、剪切模量和体积模量,分别代表材料在发生拉伸应变、剪切应变和受到均匀流体静态压缩时发生的应变时的模量。由于应变是无量纲的量,因此弹性模量的单
14、位与应力的单位相同,也是N/m2,即 Pa。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(4)强度强度(Strength)强度强度:所谓强度,就是指材料或构件在外力作用下抵抗破坏的能力。一般把材料或构件受到拉伸、弯曲、扭转或冲击后,抵抗破坏的能力分别称之为拉伸强度、弯曲强度、扭转强度和冲击强度。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet拉伸强度拉伸强度:是在规定的实验温度、湿度和试验速度下,在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷,直到试样被拉断为止,断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值:必须注意的是,
15、试样宽度和厚度在拉伸过程中是随试样的伸长而逐渐减小的,由于达到最大载荷时的b、d值的测量很不方便,工程上一般采用起始尺寸来计算拉伸强度。由于整个拉伸过程中,聚合物的应力和应变的关系并非线性的,只有当变形很小时,高聚物在可视为虎克弹性体,因此拉拉伸伸模模量量(即即杨杨氏氏模模量量)通常由拉伸起始阶段的应力与应变比例来计算:式中P是变形较小时的载荷。(ASTM D882)GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet类似地,如果向试样施加的是单向压缩载荷,则测得的是压缩压缩强度强度和压缩模量压缩模量(ASTMD695)。理论上,虎克定律仍然适用于压缩的情况,所得
16、的压缩模量应与拉伸模量相等,但实际上压缩模量通常稍大于拉伸模量,而拉伸模量与压缩强度的相对大小则因材料的性质而异。一般地,塑性材料善于抵抗拉力,而脆性材料善于抵抗压力。测试方法:ASTM D882抗抗撕撕裂裂强强度度:如果向试样施加剪切力,测得的就是试样的抗撕裂强度及模量。一般适用于较薄的试样,如薄板,薄膜等。测试方法:初始(initial)ASTM D1004 拓展(propagation)ASTM D1922GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet弯曲强度弯曲强度:亦称挠曲强度,是在规定试验条件下,对标准试样施加静弯曲力矩,直到试样折断为止,取试验
17、过程中的最大载荷,并按下式计算弯曲强度:弯曲模量弯曲模量为:式中叫做挠度,是试样着力处的位移。弯曲试验也可以让试样一端固定,在另一端施加载荷,或者采用圆形截面的试样。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet冲击强度冲击强度:是衡量材料韧性的一种强度指标,表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力,通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量:式中W是冲断试样所消耗的功。冲击强度冲击强度的测试方法很多,应用较广的有摆锤式冲击试验,落重式冲击试验和高速拉伸等三类。摆锤式冲击试验是让重锤摆动冲击标准试样,测量摆锤冲断试样消耗的功,试样的安放方式有简支梁式和悬臂
18、梁式,前者(Sharpy)试样两端支承着,摆锤冲击式样的中部;后者(Izod)试样一端固定,摆锤冲击自由端。试样可用带缺口的和无缺口的两种。采用带缺口的试样,目的是使缺口处试样的截面积大为减小,受冲击时,试样断裂一定发生在这一薄弱处,所有的冲击能量都能在局部的地方被吸收,从而提高实验的准确性。这种情况下,计算冲击强度时,试样的厚度d指的是缺口处试样的剩余厚度。冲击强度的单位比较混乱,一般常用的为KJ/m2。测试方法:ASTM D256GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(5)(5)抗折弯性抗折弯性对材料在反复弯曲情况下的耐久性的一种评价指标,是耐疲
19、劳性能的一种,也是材料韧性的一种表示方法.一般适用于较薄的试样,以反复折弯的周期(次数)表示,与试样厚度有关.GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet8010 mechanical properties:GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet3.热性能热性能(Thermal)Thermal)(1)特征温度特征温度如果取一块非晶态高聚物试样,对它施加一恒定的力,观察试样发生的形变与温度之间的关系,就会得到上面的曲线,通常称之为温度-形变曲线或热机械曲线。当温度较低时,试样呈刚性固体状,在外力作用下只发生非常小的
20、形变,形变与受力的大小成正比,当外力除去后形变能立刻回复,这种力学性质称虎克型弹性,又称普弹性,非晶态高聚物处于具有普弹性的状态,称为玻璃态;当温度上升到一定范围后,试样的形变明显增加,并在随后的温度区间达到某一相对稳定的形变,在这个区域中,试样变成柔软的弹性体,温度继续升高时,形变基本上保持不变,此时材料所处的状态称为高弹态;温度再进一步升高,则形变量又逐渐加大,试样最后完全变成粘性的流体,称为粘流态。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet玻璃态与高弹态之间的转变,称为玻璃态转变,对应的转变温度即玻璃化转变温度,简称玻璃化温度玻璃化温度,通常用Tg
21、表示;而高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温度,用Tf表示。如果是结晶高聚物,则会表现出如无机晶体样的特征熔熔点点(Tm),但是熔融平台没有无机晶体那样平滑,这是由高聚物的长链分子特征决定的.当高聚物熔体冷却时,类似地也会有一个结晶温度(Tc)和结晶平台.PC:Tg153,HDT1.8MPa 145,RTI 125130PRPP:HDT66psi(0.455Mpa)120,RTI 115Ultem1000:Tg 217,HDT(ASTM D1637 83)210Toray T60:RTI 105测试方法:DSC差示扫描量热法GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFil
22、m&Sheet(2)热膨胀系数热膨胀系数(coefficient thermal expansion)热膨胀系数:热膨胀系数:温度升高1时,材料长度变化的百分率,称为线膨胀系数。材料在某一温度区间的线膨胀特性,称为平均线膨胀系数。可按下式计算:=L/(L*t)(-1)式中,L-试样在膨胀时,长度变化的算术平均值(mm);L-试样在室温时的长度(mm);t-试验温差()PC:58ppm/;Ultem1000:56ppm/;PI:2132;PET:2080测试方法:GB1036-70。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet(3)耐热性耐热性(heat r
23、esistance)耐热性:耐热性:指高分子材料在受热作用下,仍保持其优良的物理力学性能和使用性能的最高温度。测定方法有马丁耐热试验法和维卡软化点试验方法、热变形温度试验方法等。这些方法所测定的温度,仅仅是在该方法规定的载荷大小、施加载荷的方式、升温速度下到达规定的变形值的温度,并不一定是该材料的使用温度上限。GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet马丁耐热试验法(GB1035-70)该方法测定的是塑料试样在等速升温的环境中,以一定静弯曲力矩作用下,测定达到一定弯曲变形时的温度。马丁耐热试验仪的示意图如下。规定试样为长条形,弯曲应力为4.9Mpa,弯曲
24、变形量为6mm,升温速度为50/h。该试验方法不适用于马丁耐热性低于60的塑料。马丁耐热试验装置示意图1-变形指示器 2-重锤 3-横杆 4-试样 5-底座GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet维卡(Vicat)软化点试验法(GB1633-79)该方法是测定热塑性塑料于液体传热介质中,在一定的负荷以及等速升温(12/min)条件下,试样被1mm2压针头压入1mm深度时的温度。试验装置见下图。维卡软化点试验装置示意图1-砝码2-变形测量装置3-负载杆4-测温装置5-压针6-试样7-搅拌器8-支架9-保温浴槽10-压针头11-加热器GE Plastics
25、GE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet热变形温度试验法(GB1634-79,ASTMD648)该方法是测定塑料试样浸在一种等速升温的合适液体传热介质中,在简支梁式的静弯曲负载作用下,试样弯曲变形到规定值时的温度。所用液体介质为变压器油,升温速度为2/min,负荷有1.82Mpa和0.45Mpa两种。变形值与厚度相关,不同厚度有不同的变形量规定值。热变形温度试验装置见下图。热变形温度试验装置示意图1-负荷2-百分表3-温度计4-负载杆及压头5-支架6-液态介质7-试样8-搅拌器GE PlasticsGE PlasticsSpecialtyFilm&Sheet长期耐热温度长期
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