常用塑料性能测试

燃性测试

UL 94*总体 可燃性UL94等级是应用最广泛的塑料材料可燃性能标准。它用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴珠是否燃烧可有多种评判方法。每种被测材料根据颜色或厚度都可以得到许多值。当选定某个产品的材料时，其UL 等级应满足塑料零件壁部分的厚度要求。UL 等级应与厚度值一起报告，只报告UL 等级而没有厚度是不够的。UL 94等级总结：

HB 厚度

V-0 垂直试样在10秒内停止燃烧；不允许有液滴。

V-1 垂直试样在30秒内停止燃烧；不允许有液滴。

V-2 垂直试样在30秒内停止燃烧；允许有燃烧物滴下。

5V 对试棒燃烧5次，每次火焰都大于V 测试中的火焰，每次持续5秒。燃烧在60

秒内停止。

5VB 试样板被烧穿（产生一个洞）。

5VA 试样板未被烧穿（没有产生洞）－UL 最高等级。

UL 94 HB*水平测试过程

对可燃性有安全方面的要求时，不允许使用HB 材料。通常情况下HB 级的材料不能于电器，但机械或装饰品除外。有时，人们会有误解：非FR 材料（或没有打算用作FR 材料的材料）不会自动满足HB 的要求。尽管最不严格，UL 94 HB仍是一个可燃性分类等级，必须经测试检测。

UL 94 V0，V1和V2*垂直测试过程

垂直测试（见图14－17）使用与HB 检测中相同的试样。燃烧时间、发光时间、何时开始滴落以及下面的棉花是否被引燃都应注明。燃烧滴落被认为是燃烧扩散的主要原因，也是区分V1与V2的标准。

图14－17 UL 94 V0，V1，V2垂直测试过程

UL 94－5V*垂直测试过程

UL 94－5V 是所有UL 测试中最严格的（见图14－18）。

图14－18 UL 94－5V 垂直测试过程

它包括两个步骤：

步骤一：

垂直安装一个标准可燃性试棒，使其经受五次127mm 火焰，每次持续5秒。如果此后试棒燃烧时间短于60秒且液滴不引燃下面的棉花，则通过测试。整个过程要对5个试棒进行重复测试。

步骤二：

同样厚度的试样板在水平位置经受同等火焰的测试，整个过程要对3个试样板重复进行测试。这个水平测试形成2个等级：5VB 和5VA 。5VB 允许产生洞（烧穿）。5VA 不允许产生洞。

UL94－5VA 是所有UL 测试中最严格的，特别用于大型办公机械的防火罩。对于那些预期壁厚小于1.5mm 的产品，应使用玻璃填充材料等级。

CSA 可燃性CSA C22.2 第0.6号，测试A*

这个加拿大标准协会的可燃性测试的方法与UL 94 5V测试的方法相似。然而，这个测

试更加严格：每次测试火焰要持续15秒。而且在前4次火焰测试中，试样必须在30秒内熄灭；在第五次测试后，火焰在60秒内熄灭（而UL94－5V 的5次火焰测试各持续5秒）。

满足CSA 测试的结果也被认为满足UL 94－5V 。

有限氧气指数ASTM D 2863（ISO 4589）*

有限氧气指数用来测量材料在受控环境中的相对可燃性。有限氧气指数是维持热塑性塑料材料火焰时，空气中所需的最低氧气含量。

测试所用气体是外部控制的氮气和氧气的混合物。一个支撑的试样由引火火焰点燃，然后拿走引火火焰。在下面过程中，氧气浓度逐渐降低，直至试样不能维持燃烧。有限氧气指数或LOI 定义为材料可以燃烧3分钟或50mm 所需的最低氧气浓度。LOI 值越高就越不容易燃烧。 *这项测试并不反映实际火情下材料的着火危险。

电测试

介质力ASTM D 149（IEC 243－1） 介质力反应了绝缘体在电源频率（48Hz －62Hz ）下的耐度强度，或者该材料在一定电压下的介质击穿阻力。介质击穿前的电压除以试样厚度，以kV/mm的形式给出。周围的环境可以是空气或油。厚度的影响可能非常明显，因此所有的数值都应注明试样厚度。

许多因素都影响这个数值：

厚度，均匀性和试样的含水量

测试电极的尺寸和热传导率

施加电压的频率和波形

环境温度，压力和湿度

媒介的电和热特性

表面电阻系数ASTM D 257 (IEC 93)

当在绝缘塑料上施加电压时，如果塑模表面接有另一个导体或接地，则总电流的一部分将沿塑模表面流动。表面电阻系数就是材料抵抗这种表面电流的能力。安装在表面的单位宽度的电极和单位距离间施加直接电压时，测得的电阻大小即是所需的值，以Ohm 表示--有时也称为ohms 每平方。

体积电阻系数ASTM D 257 (IEC 93)

当在绝缘体上加以电势时，电流大小受材料阻碍电流的能力影响。体积电阻系数是当电势加在试样管两端表面上时的电阻，以Ohm-cm 表示。体积电阻系数受环境条件影响。它与温度成反比，在潮湿环境下稍微下降。体积电阻系数在1088Ohm －cm 以上的材料就认为是绝缘体。部分导体的值在1033至1088Ohm －cm 之间。

相对介电系数ASTM D 150 （250）

绝缘材料的相对介电系数是当一个电容器的电极之间和周围完全且只被该种绝缘材料填充时的电容值，与真空中的电极在同等条件下的电容之间的比值。

在交流介电应用场合下，好的电阻系数和较低的能量耗散是很好的特性。电能耗散导致电子元件效率降低，并在充当电介质的塑料中引起热积聚。

在理想的介电材料如真空中，分子的偶极运动没有能量损失。在固体材料如塑料中，偶极运动会成为一个影响因素。这种效率损失的度量就是相对介电系数（通常称作介电常数）。

它是一个无量纲的因子，由将塑料材料系统的平行电容除以真空介质中相同系统的电容而获得。数值越小，此材料作为绝缘体的性能就越好。

耗散因数ASTM D 150（IEC 250）

绝缘材料的介电损失角是当电容器的电介质只包含介电材料时，施加的电压和产生的电流的相位差与p/2弧度的差值。电介质能量耗散因数的正切值是损失角的正切值。

在完美的电介质中，电压与电流的相位恰好相差90°。由于电介质并不是100%的有效，电流相位就以相应比例落后于电压。电流与电压的位相差与90°的差值被定义为介电损失角。这个角度的正切值就是损失正切值或能量耗散因数。

对用于高频产品，如雷达设备或微波设备的塑料绝缘体来说，低能量耗散因数是非常重要的；数值越小意味着介电材料越好。高能量耗散因数对焊接性能很重要。

测量相对介电系数和耗散因数时所用设备相同。测试值受温度，湿度，频率和电压影响很大。

电弧电阻ASTM D495

当允许电流通过绝缘体的表面时，这个表面会慢慢被破坏，从而变得可以导电。电弧电阻用来测量在高电压低电流的电弧中，绝缘表面变得可导电的时间，以秒计算。或者说，电弧电阻是在特定条件下，当塑料材料的表面处于高电压低电流电弧时，表面转化为传导通道所需的时间。

光学测试

模糊与光透射ASTM D 1003

模糊产生于光在材料中的散射，受到分子结构、结晶度或聚合物表面或内部不纯净的影响。模糊只适于半透明或透明的材料，不适于不透明材料。有时人们认为模糊是光泽的反义词，即吸收入射光线。然而，模糊测试方法实际上测量的是半透明材料对光线的吸收、透射和偏向。

试样放在一窄束强光的信道中，使其中一些光通过试样，另一些未受阻挡继续前进。两部分光线都进入安装了光线探测器的球中。必须确定两个量：

光线的总强度

模糊度，或偏转角大于2.5°的入射光线的量

根据这两个量可以算出两个值：

模糊度，或偏转角大于2.5°的入射光线的比例

光透射量，或透过试样的入射光线的比例。

光泽ASTM D 523

光泽是指表面在某些方向上的反射能力强于其它方向。光泽可以用光泽计测量。一束强光从试样表面沿一定方向反射，反射光的亮度由光电探测器测出。多数情况下使用60°角，更有光泽的材料可以选用20°角，无光泽的材料选用85°角。光泽计用一块光泽值为100的黑色玻璃进行校准。塑料的光泽度很低，且受注塑方法影响很大。 模糊度和光泽度

模糊度和光泽度测试测量材料反射和透射光线的能力，并将透明和闪亮等性质量化。但模糊度仅适用于透明和半透明的材料，而光泽度可用于任何材料。光泽度和模糊度测试都很精确。但是它们经常用于测量外观，也就是一个很主观化的概念。模糊度和光泽度之间的关系和人们如何鉴定塑料的透明和发亮等级还不确定。

折射系数ASTM D 542

一束光线沿一定角度透过透明试样。光线的偏转--在光线通过试样时由试样产生--就是折射系数，由sin a除以sin b得到。

物理测试

密度ASTM D 792（ISO 1183）

密度是材料在23°C(73°F) 时单位体积的重量--单位通常为克/厘米3或克/毫升。比重是在23°C 时一定体积的某种材料的重量和同体积的水的重量的比值。密度可以用ASTM D 792/ISO 1183中描述的许多种方法测量：

方法A ：用于塑料成品的浸入法

方法B ：用于粉状、粒状、球状或注塑颗粒的比重计

方法C ：用于类似方法A 的塑料的滴定法

方法D ：用于类似方法A 的塑料的密度梯度柱法

密度梯度柱是密度从上到下逐渐增加的液柱。它特别适合测量产品的小试样或者用于比较各种密度。

吸水率ASTM D 570（ISO 62）

塑料材料会吸收水分，导致尺寸或者绝缘性能、介电损耗、机械强度等性能和外观发生改变。

确定某种尺寸的塑料试样吸水率的方法是在一定温度下浸入水中一定时间。测量结果表示为吸收水分的毫克数或者重量增加的百分比。只有不同种类塑料的试样尺寸和物理状态相同时，其吸水率才可以相比较。

在一定温度下浸入水中一定时间前，试样在122°F （55°C ）预先干燥24小时，冷却至室温并称重。吸水率测量温度可以为：

23°C （73°F ）：试样在23°C （73°F ）时放在装有蒸馏水的容器中。24小时后，

擦干试样并称重。

100°C （212°F ）：试样浸入沸水中30分钟，在23°C （73°F ）下冷却15分钟，然后再称重。

直至饱和：试样在23°C （73°F ）下浸入直至饱和。

吸水率可以描述为：

吸收水的质量

单位表面积吸收水的质量

吸收水的质量占试样质量的百分比

缩模率ASTM D 955（ISO 2577）

缩模率是指模具的尺寸和其铸出产品的尺寸差。它表示为百分率或者毫米每毫米。

缩模率的值可以描述为平行于流向（沿流向）和垂直于流向（交叉流向）--玻璃填充材料的这些值可能相差很大。缩模率可能受其他因素影响：如零件设计、模具设计、模具温度、注塑压力和循环时间等。

缩模率仅仅是用于材料选择的一般数据，就像简单零件，如拉伸棒或盘的测量值，不能用于零件或工具设计：欲了解详情，请与您当地的GE 塑料代表联系。

熔流率/熔融体积－流动比ASTM D 1238（ISO 1133）

熔流率（MFR ）或熔融体积－流动比（MVR ）测量熔融聚合物在一定温度和压力情况下流过挤出塑性仪的液流（见图14－24）。

图14－24. 熔流测试

挤出塑性仪包含一个垂直气缸，其底部有一个2mm 的管心，顶部有一个可移动的活塞。材料压入气缸预热几分钟，然后活塞置于熔融聚合物顶部，通过自身重量将聚合物沿管心压至收集盘。测试时间间隔从15秒到6分钟，以适应各种塑料不同的粘性。使用的温度有220、250和300°C （428、482和572°F ）。载荷为1.2、5和10千克。

一定间隔内收集到的聚合物被称重，并换算成10分钟内挤出的克数：熔流率表示为单位时间内的克数。

一个例子：MFR （220/10）＝xx 克/10分钟意味着测试温度为220°C （428°F ）和负荷为010千克时的熔流率。

聚合物的熔流率随剪切率变化而变化。这个测试中的剪切率远远小于正常加工条件下的剪切率。因此，用这个方法得到的数据可能与实际应用中的性能不符。

热测试

维卡氏软化温度ASTM D 1525（ISO 306） 这项测试测量塑料开始迅速软化时的温度。将一个截面积为1mm2的平顶圆针在一定载荷下刺入塑料试样，温度以恒定速度上升。维卡氏软化温度， 或者VST ，就是针刺入1mm 时的温度。

ISO 306描述了两种方法：

方法A －载荷为10N

方法B －载荷为50N ，升温速度有：

50° C/h

120° C/h

因此ISO 值有A50，A120，B50或B120几种。将测试组装件浸入加热池中，开始温度为23°C （73°F ），5分钟后施加载荷：10或50N 。刺入深度达到1±0.01mm 时的温度就是材料在这种载荷和升温速度下的VST 。

图14－13. 热测试

热性能/说明ASTM 与ISO 比较

由于试样的尺寸不同，所以报告的ASTM 标准与ISO 值相比可能有一些变化。用ISO 方法测得的热挠曲温度（HDT ）较低。

热挠曲温度和加载热挠曲温度ASTM D 648（ISO 75）。

热挠曲温度（HDT ）是测量材料承受负荷时在短时间升温情况下的相对性能。该测试测量温度对刚度的影响：对标准试样加以一定的表面应力，温度以恒定速度升高。

尽管两个标准中都没有提到，两个缩写还是为世界公认：

HDT/A，载荷1.80MPa

HDT/B，载荷0.45Mpa

ASTM 值使用缩写DTUL ，ISO 值使用缩写HDT ，这已经是惯例了。

根据施加的表面应力，在HDT 后面加上字母A 或B ：

DTUL ：加载挠曲温度

HDT ：热扭曲温度或热挠曲温度

HDT －非晶体与半晶体聚合物比较

非晶体聚合物的HDT 与其玻璃态转变温度（Tg ）基本相同。

因为非晶体聚合物没有固定的熔点，所以加工时处于它们在Tg 以上的橡胶态。晶体聚合物的HDT 值较低，在较高温度时仍然具有结构可用性。HDT 测试方法对非晶体聚合物比对晶体聚合物更具可重复性。对有些聚合物进行测试时，需要对试样进行退火以获得可靠结果。

聚合物中增加玻璃纤维会增加其模量。因为HDT 代表材料模量达到一定值时的温度，所以增加模量就会增加HDT 。玻璃纤维对晶体聚合物HDT 效果比非晶体聚合物更明显。

尽管HDT 试验广泛用于测试高温性能，但它只能模拟很窄范围内的情况。许多高温产品在高温高压无支撑的情况下工作。因此，这项测试获得的结果并不代表最高使用温度，因为在实际应用中一些关键因素，如时间、载荷和标定表面应力可能和测试条件不同。

冲击测试

在标准测试，如拉伸或弯曲测试中，材料缓慢吸收能量。而在实际生活中，材料经常遭受迅速的冲击：下落物体、突然打击、碰撞、跌落等。冲击测试的目的就是模拟这些情况。Izod 和Charpy 方法被用来测验试样受到一定的冲击力作用时的状态，并估计其脆性或韧性。但这种数据不能用作元件设计计算时的数据来源。一种材料的典型状态可以通过在不同条件、不同缺口半径和测试温度下测定不同类型的试样而获得。

两种测试都在摆锤冲击实验机上进行。试样夹在夹具上，有一定半径的硬化钢冲击刃的摆锤从预定高度落下，导致试样受到突然负载而剪切。摆锤的剩余能量使它上升：根据下降高度和回升高度的差值可以求得试棒断裂需要的能量。这个测试可以在室温下进行，也可以在低温下进行，以测量低温脆性。试棒的类型和缺口尺寸可以不同。

重物落下冲击测试，如Gardner 和Flexed 板的结果与落下重物和支持物的几何形状有关。它们只能用于测定材料相对等级。

除非测试设备和试样的几何形状与最终使用要求一致，否则冲击值不能绝对化。如果失效模式和冲击速度相同的话，通过各种测试方法得到的材料相对等级应该相同。

冲击值的说明－ASTM 与ISO 比较

冲击性能对试样厚度和分子取向很敏感。ASTM 和ISO 方法中使用的试样厚度差别可能对冲击值有很大影响。厚度从3mm 变为4mm 甚至能够通过分子质量和试样厚度对Izod 缺口冲击的影响使失效方式发生转变，从塑性转变为脆性性能（见图14－9中所示LEXAN 聚碳酸酯树脂）。但在3mm 厚度时已经显示出脆性的材料，如矿物和玻璃填充等级的材料不受影响。冲击强化的材料也不会受到影响。

然而必须意识到

材料没有改变，改变的只是测试方法。

这里提到的塑性/脆性转变很少在实际生活中出现：零件厚度大多为3mm 或更小。

Izod 冲击强度ASTM D 256（ISO 180）

缺口Izod 冲击测试已经成为比较塑料材料抗冲击能力的标准（见图14－10和14－11）。然而，这个测试测出的模型零件的性能和实际环境中测出的冲击性能没有相关性。因为材料的缺口敏感性不同，这个测试对某些材料的影响可能会大于另一些材料。尽管它们经常被用来测量材料的抗冲击能力，但这项测试更趋向于测量塑料的缺口敏感性而非其抗冲击能力。测试值被广泛接受为比较材料韧性的参考值。缺口Izod 测试在确定具有许多尖角的零件，如加强筋、交叉墙和其它增加应力的零件的抗冲击力时效果最好。无缺口Izod 测试使用同样的负载分布，只是试样上没有缺口（或者说试样被反过来夹紧）。因为没有引起应力集中的部位，这种测试的结果总是高于缺口测试的结果。

ISO 命名反应了试样类型和缺口类型：

ISO 180/1A表示试样类型1和缺口类型A 。如图14－10所示，试样类型1的尺寸是长80mm ，宽10mm ，厚4mm 。

ISO 180/1U表示同样的试样类型1，但反向夹紧，（说明没有缺口）。使用ASTM 方法的试样尺寸相似，缺口半径和高度相同，但长度不同：63.5mm ，而且更重要的在于厚度：3.2mm 。

ISO 的结果定义为破碎试样的以焦耳为单位的能量除以试样的缺口面积。结果的单位为kJ/m2。

ASTM 的结果定义为以焦耳为单位的冲击能量除以缺口长度（试样的厚度）。其单位为J/m。

如分别讨论时所示的那样，试样厚度的不同可能导致不同的冲击强度说明。

硬度测试

布氏硬度、洛氏硬度和肖氏硬度的比较

洛氏硬度测试在考虑试样的弹性恢复后确定塑料的硬度。这与布氏硬度和肖氏硬度不同：在布氏和肖氏硬度测试中，硬度值由加载时的陷入深度确定，因而可以排除材料的弹性恢复。因此洛氏硬度值不能直接与布氏硬度或肖氏硬度相关联。

肖氏硬度A 和D 值的范围可与布氏压痕硬度值相比。然而他们之间不存在线性关系。

布氏硬度

一个直径5mm 的抛光硬化钢珠被压入试样（最少4mm 厚）表面，压力为358牛顿（ISO 2039－1）。加载30秒后，测量压痕深度并计算出受压面积。布氏硬度H358/30由所加负荷除以表面受压面积得到，结果单位为牛顿每mm2。

机械测试

应力拉伸强度、应变和模量ASTM D 638（ISO 527）

理解材料性能的基础是有了解关材料在负荷作用下的变化。知道了一定负荷（应力）引起的变形量（应变）后，设计者就可以开始预测产品在工作环境下的情况（见图14－1）。 图14－1. 应力－应变图

拉紧情况下的应力/应变关系是使用最广泛的用于比较材料或设计产品的机械性能。

拉伸应力/应变关系是这样确定：一个狗骨形的试样（见图14－2）以恒定速率拉长，记录下所加负荷和伸长量。

图14－2 ASTM D 638，注塑试样拉伸测试

然后计算应力和应变：

· 应力

· 应变 负荷/最初截面积单位 （延长长度/原长度）

×100%;

模量 应力/应变 MPa (psi) % 其它由应力/应变关系决定的机械性能有： MPa (psi)

MPa (psi) 弯曲时最初最大应力

应力强度

断裂时失效时的应力

应力

断裂应失效时的应变或最大延长

长度

比例极开始呈现非线性关系时的

值

弹性模比例极限下的模量

量 MPa (psi) % 变 - 限 MPa (psi)

弯曲强度和模量ASTM D 790（ISO 178）

弯曲强度用来衡量材料抵抗弯曲的能力，也就是材料的刚度。和拉伸负荷不同，所有的负荷都加在同一方向上。在试样中部加上一个简单的活动支撑梁，产生三点载荷（见下图）。在标准测试机上，加载鼻以2mm/min的恒定速度压向试样。

通过记录下来的数据画出负荷挠曲曲线，然后计算出弯曲模量。这要用到五个负荷和挠曲并采用曲线刚开始的一段线性部分。

在需要说明弯曲性能时，弯曲模量（应力与应变的比值）是使用最广泛的。弯曲模量相当于应力/应变曲线中塑料未变形部分的切线的斜率。

弯曲应力和弯曲模量的值以Mpa （psi ）为单位。