第五章-塑料力学性能测试(课堂PPT).ppt

第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第一节第一节 拉伸性能拉伸性能 1一、概念及测试原理一、概念及测试原理1 1基本概念基本概念应变：应变：应变：应变：当材料受外力作用，而所处的条件使它不能产生惯当材料受外力作用，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生变化，这种变化就性移动时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为应变。称为应变。应力：应力：应力：应力：在任何给定时刻，在试样标距长度内，每单位原始在任何给定时刻，在试样标距长度内，每单位原始横截面积上所受的拉伸负荷。横截面积上所受的拉伸负荷。拉伸强度：拉伸强度：拉伸强度：拉伸强度：是在拉伸试验过程中，试样承受的最大拉伸应是在拉伸试验过程中，试样承受的最大拉伸应力。力。拉伸强度标称应变：拉伸强度标称应变：拉伸强度标称应变：拉伸强度标称应变：拉伸强度出现在屈服之后时，与拉伸拉伸强度出现在屈服之后时，与拉伸强度相对应的拉伸标称应变。强度相对应的拉伸标称应变。拉伸弹性模量：拉伸弹性模量：拉伸弹性模量：拉伸弹性模量：在弹性形变区（应力在弹性形变区（应力-应变曲线的初始直应变曲线的初始直线部分），材料所承受的应力与产生相应的应变之比。线部分），材料所承受的应力与产生相应的应变之比。22 2测试原理测试原理在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，通过对塑料试样在规定的试验温度、湿度与拉伸速度下，通过对塑料试样的纵轴方向施加拉伸载荷，使试样产生形变直至材料破坏。的纵轴方向施加拉伸载荷，使试样产生形变直至材料破坏。记录下试样破坏时的最大负荷和对应的标线间距离的变化记录下试样破坏时的最大负荷和对应的标线间距离的变化等情况，可绘制出应力等情况，可绘制出应力-应变曲线。应变曲线。曲线曲线A A：脆性材料；曲线：脆性材料；曲线B B：有屈服点的韧性材料；曲线有屈服点的韧性材料；曲线C C：无屈服点的韧性材料：无屈服点的韧性材料3应力应力应变曲线一般分为两个部分：弹性变形应变曲线一般分为两个部分：弹性变形区和塑性变形区。区和塑性变形区。在在弹性变形区域弹性变形区域，材料发生可完全恢复的弹性，材料发生可完全恢复的弹性变形，应力和应变成正比例关系。变形，应力和应变成正比例关系。曲线中直曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值，它代表材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。料的刚性。弹性模量越大刚性越好。在在塑性变形区域塑性变形区域，应力和应变增加不再成正比，应力和应变增加不再成正比关系，最后出现断裂。关系，最后出现断裂。4二、测试仪器二、测试仪器1.1.引伸计；引伸计；2.2.固定上限位；固定上限位；3.3.引伸计导杆；引伸计导杆；4.4.中横梁；中横梁；5.5.上夹具；上夹具；6.6.样条；样条；7.7.下夹具；下夹具；8.8.传感器；传感器；9.9.下限位；下限位；10.10.急停开关急停开关 5 拉伸试验用夹具拉伸试验用夹具 6三、测试标准和试样三、测试标准和试样塑料拉伸试验参照的标准为塑料拉伸试验参照的标准为GB/T1040-2006。制备拉伸试样的方法很多，最常用制备拉伸试样的方法很多，最常用的方法是注射模塑或压缩模塑；的方法是注射模塑或压缩模塑；也可以通过机械加工从片材、板材也可以通过机械加工从片材、板材和类似形状的材料上切割。和类似形状的材料上切割。在某些情况下可以使用多用途试样。在某些情况下可以使用多用途试样。7表5-1 1A型和1B型试样尺寸及公差符号符号名称名称尺寸尺寸mm公差公差mm符号符号名称名称尺寸尺寸mm公差公差mm1A型试样型试样1B型试样型试样L3总长（最小）总长（最小）150L3总长（最小）总长（最小）150L夹具间距离夹具间距离1151.0L夹具间距离夹具间距离L2+50r半径半径2025r半径（最小）半径（最小）60b2端部宽度端部宽度200.2b2端部宽度端部宽度200.2b1窄部分宽度窄部分宽度100.2b1窄部分宽度窄部分宽度100.2h优选厚度优选厚度40.2h优选厚度优选厚度40.2L0标距标距500.5L0标距标距500.51A型试样为优先选用的直接模塑多型试样为优先选用的直接模塑多用途试样用途试样1B试样为机加工试样。试样为机加工试样。8四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素1 1测试步骤测试步骤（1 1）试样准备）试样准备试样上必须标出确定标距的标记。试样上必须标出确定标距的标记。试样不能扭曲，成对的平行面间要相互垂直，表面和边沿试样不能扭曲，成对的平行面间要相互垂直，表面和边沿不能有划痕、坑洞、污迹和毛刺。不能有划痕、坑洞、污迹和毛刺。（2 2）测量试样）测量试样在塑料试样中部距离标距每端在塑料试样中部距离标距每端5mm5mm以内测量试样中间平行以内测量试样中间平行部分的宽度和厚度，宽度精确至部分的宽度和厚度，宽度精确至0.1mm0.1mm，厚度精确至，厚度精确至0.02 0.02 mmmm。每个试样测量。每个试样测量3 3点，取算术平均值。点，取算术平均值。（3 3）夹持）夹持将试样放到夹具中，务必使试样的长轴线与试验机的轴线将试样放到夹具中，务必使试样的长轴线与试验机的轴线成一条直线。成一条直线。9（4）引伸计安装）引伸计安装（5）试验速度）试验速度拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为拉伸试验方法国家标准规定的试验速度范围为l500mm/min，分为，分为9种速度。种速度。（6）数据的记录）数据的记录记录试验过程中试样承受的负荷及与之对应的标线间或夹记录试验过程中试样承受的负荷及与之对应的标线间或夹具间距离的增量。具间距离的增量。（7）试样数量）试样数量每个受试方向和每项性能应至少试验每个受试方向和每项性能应至少试验5个试样。如果需要个试样。如果需要精密度更高的平均值，试样数量可多于精密度更高的平均值，试样数量可多于5个。个。10推荐试验速度推荐试验速度速度速度（mm/min）允许偏差允许偏差（%）速度速度（mm/min）允许偏差允许偏差（%）120501022010010520200101020500102010112 2结果计算和表示结果计算和表示（1）应力按式）应力按式5-1计算：计算：（2）应变按式）应变按式5-2、5-3计算计算 12（3）标准偏差值按下式（）标准偏差值按下式（5-4）计算）计算式中：式中：S，标准偏差值；，标准偏差值；，单个测定值；，单个测定值；，组，组测定值的算术平均值；测定值的算术平均值；n，测定个数。，测定个数。计算结果以算术平均值表示，计算结果以算术平均值表示，t取三位有效数字，取三位有效数字，t、S取二位有效数字。取二位有效数字。133 3影响因素影响因素（1 1）试样的制备与处理）试样的制备与处理拉伸试验要求做成哑铃形试样拉伸试验要求做成哑铃形试样;制样方式有两种：一是用原材料制样；另一种是从制制样方式有两种：一是用原材料制样；另一种是从制品上直接取样。品上直接取样。用原材料制成试样有几种方法，包括模压成型、注塑用原材料制成试样有几种方法，包括模压成型、注塑成型、压延成型或吹膜成型等成型、压延成型或吹膜成型等;不同方法制样的试验结果不具备可比性不同方法制样的试验结果不具备可比性;同一种制样方法，要求工艺参数和工艺过程也要相同同一种制样方法，要求工艺参数和工艺过程也要相同;试样制备好后试样制备好后,要按要按GB/T 2918-1998GB/T 2918-1998标准，在恒温恒标准，在恒温恒湿条件下放置处理。湿条件下放置处理。14（2）材料试验机）材料试验机影响因素主要有影响因素主要有:测力传感器精度、速度控制精度、测力传感器精度、速度控制精度、夹具、同轴度和数据采集频率等。夹具、同轴度和数据采集频率等。测力传感器一般要求传感器的精度在测力传感器一般要求传感器的精度在0.5%0.5%以内。以内。拉伸速度要求平稳均匀拉伸速度要求平稳均匀,速度偏高或偏低都会影响速度偏高或偏低都会影响拉伸结果。拉伸结果。试验机的同轴度不好试验机的同轴度不好,拉伸位移将偏大拉伸位移将偏大,拉伸强度拉伸强度有时将受到影响有时将受到影响,结果偏小。结果偏小。（3）试验环境）试验环境影响塑料拉影响塑料拉伸试验结果的因素主要是温度和湿度。伸试验结果的因素主要是温度和湿度。GB/T 2918-1998规定规定,标准实验室环境温度为标准实验室环境温度为(232),相对湿度为相对湿度为45%55%。15（4）操作过程）操作过程一般情况下一般情况下,拉伸速度快拉伸速度快,屈服应力和拉伸强度增大屈服应力和拉伸强度增大,而断裂伸长率将减小。而断裂伸长率将减小。高速拉伸时高速拉伸时,分子链段的运动跟不上外力作用的速分子链段的运动跟不上外力作用的速度度,塑料呈现脆性行为塑料呈现脆性行为,表现为拉伸强度增大表现为拉伸强度增大,断裂断裂伸长率减小。伸长率减小。（5）数据处理）数据处理现在的材料试验机多数由计算机控制现在的材料试验机多数由计算机控制,数据处理已数据处理已程序化程序化,但是有些数据还是依靠人为测试和计算的但是有些数据还是依靠人为测试和计算的,如试样尺寸、位移变化、伸长率计算及脱机试验等。如试样尺寸、位移变化、伸长率计算及脱机试验等。16第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第二节第二节 弯曲性能弯曲性能 17一、概念及测试原理一、概念及测试原理1.1.概念概念挠度挠度：试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离。：试样跨度中心的顶面或底面偏离原始位置的距离。规定挠度规定挠度：规定挠度为试样厚度：规定挠度为试样厚度h h的的1.51.5倍。倍。弯曲应力弯曲应力：试样跨度中心外表面的正应力。：试样跨度中心外表面的正应力。断裂弯曲应力断裂弯曲应力：试样断裂时的弯曲应力。：试样断裂时的弯曲应力。弯曲强度弯曲强度：试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力。：试样在弯曲过程中承受的最大弯曲应力。弯曲应变弯曲应变：试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，：试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比或百分数（）表示。用无量纲的比或百分数（）表示。断裂弯曲应变断裂弯曲应变：试样断裂时的弯曲应变，用无量纲的比：试样断裂时的弯曲应变，用无量纲的比或百分数（）表示。或百分数（）表示。弯曲弹性模量或弯曲模量弯曲弹性模量或弯曲模量：应力差与对应的应变差之比。：应力差与对应的应变差之比。182.2.测试原理测试原理测定塑料弯曲性能采用的第一种方法是三点负载体系，测定塑料弯曲性能采用的第一种方法是三点负载体系，第二种力法是四点负载体系。第二种力法是四点负载体系。图图5-7 四点式弯曲试验示意图四点式弯曲试验示意图 图图5-6塑料三点式弯曲试验塑料三点式弯曲试验19二、测试仪器二、测试仪器弯曲试验机应符合弯曲试验机应符合GB/T GB/T 17200-199717200-1997的要求。的要求。通常，拉伸试验用的机器也通常，拉伸试验用的机器也能用来作弯曲试验，上部的能用来作弯曲试验，上部的可动压头可用来做弯曲试验。可动压头可用来做弯曲试验。能指示拉伸和压缩负载的具能指示拉伸和压缩负载的具有双重目的的负载传感器可有双重目的的负载传感器可方便地对拉伸试验和压缩试方便地对拉伸试验和压缩试验的试验进行测定。验的试验进行测定。20三、测试标准和试样三、测试标准和试样 塑料的弯曲试验的标准方法是塑料的弯曲试验的标准方法是GB/T 9341-2008。可采用注塑、模塑、或由板材经机械加工制成矩形截面积可采用注塑、模塑、或由板材经机械加工制成矩形截面积的试样，也可从标准的多用途试样的中间平行部分截取。的试样，也可从标准的多用途试样的中间平行部分截取。推荐试样尺寸：长度推荐试样尺寸：长度l：802mm；宽度；宽度b：10.00.2mm；厚度厚度h：4.00.2mm。当不可能或不希望采用推荐试样时，试样长度和厚度之比当不可能或不希望采用推荐试样时，试样长度和厚度之比应与推荐试样相同，如下式（应与推荐试样相同，如下式（5-5）所示：）所示：l/h=201 21公称厚度公称厚度h宽度宽度b*公称厚度公称厚度h宽度宽度b*1h325.00.510h2020.00.53h510.00.520h3535.00.55h1015.00.535h5050.00.5*含有粗粒填料的材料，其最小宽度应在含有粗粒填料的材料，其最小宽度应在30 mm。表表5-3 与试样厚度与试样厚度h相关的宽度值相关的宽度值b 单位：单位：mm22四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素1.1.测试步骤测试步骤（1 1）测量试样）测量试样 （2 2）设置好合适的试验速度）设置好合适的试验速度表表5-4 试验速度推荐值试验速度推荐值速度速度/mm/min允差允差/速度速度/mm/min允差允差/1*20b5010220b10010520200101020500102010*厚度在厚度在1mm至至3.5mm之间的试样，用最低速度之间的试样，用最低速度b速度速度1mm/min和和2mm/min的允差低于的允差低于GB/T17200-1997的规定。的规定。23（3）试样对称地放在两个支座上，并于跨度中心施加力。）试样对称地放在两个支座上，并于跨度中心施加力。（4）记录试验过程中施加的力和相应的挠度，若可能，）记录试验过程中施加的力和相应的挠度，若可能，应用自动记录装置来执行这一操作过程，以便得到完整应用自动记录装置来执行这一操作过程，以便得到完整的应力的应力/应变曲线图。应变曲线图。（5）根据力）根据力/挠度或应力挠度或应力/挠度曲线或等效的数据来确定挠度曲线或等效的数据来确定相关应力、挠度和应变值。相关应力、挠度和应变值。（6）试验结果以每组）试验结果以每组5个试样的算术平均值表示。试样个试样的算术平均值表示。试样在跨度中部分三分之一以外断裂，试验结果应作废，并在跨度中部分三分之一以外断裂，试验结果应作废，并应重新取样进行试验。应重新取样进行试验。242 2结果计算和表示结果计算和表示（1）塑料弯曲应力按下式（）塑料弯曲应力按下式（5-6）计算：）计算：（2）塑料挠度按下式（）塑料挠度按下式（5-7）计算：）计算：（3）塑料弯曲模量按下式（）塑料弯曲模量按下式（5-8）计算）计算 253.3.试验影响因素试验影响因素（1）跨厚比）跨厚比选择跨厚比时必须综合考虑剪力、支座水平推力以及压头选择跨厚比时必须综合考虑剪力、支座水平推力以及压头压痕等综合影响因素。压痕等综合影响因素。（2）应变速率）应变速率在相同的试样厚度下，跨度越大则应变速率越小；试验速在相同的试样厚度下，跨度越大则应变速率越小；试验速度越大则应变速率越大。度越大则应变速率越大。（3）加载压头圆弧和支座圆弧半径）加载压头圆弧和支座圆弧半径加载压头圆弧半径过小，造成压头与试样之间不是线接触，加载压头圆弧半径过小，造成压头与试样之间不是线接触，而是面接触；若压头半径过大，对于大跨度就会增加剪力而是面接触；若压头半径过大，对于大跨度就会增加剪力的影响，容易产生剪切断裂。的影响，容易产生剪切断裂。（4）温度）温度弯曲强度都随着温度升高而下降，但下降程度各有不同。弯曲强度都随着温度升高而下降，但下降程度各有不同。（5）操作影响）操作影响试样尺寸的测量、试样跨度的调整、压头与试样的线接触试样尺寸的测量、试样跨度的调整、压头与试样的线接触和垂直状况以及挠度值零点的调整。和垂直状况以及挠度值零点的调整。26第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第三节第三节 压缩性能压缩性能 27压缩性能是描述材料在较低的压缩负载和均匀加压缩性能是描述材料在较低的压缩负载和均匀加载速率下的行为。载速率下的行为。压缩性能包括弹性模量、屈服应力、屈服点以外压缩性能包括弹性模量、屈服应力、屈服点以外的形变、压缩强度、压缩应变和细长比。的形变、压缩强度、压缩应变和细长比。在实际应用中，压缩负载并不总是瞬间加上的，在实际应用中，压缩负载并不总是瞬间加上的，因此，不考虑塑料的刚度和强度对时间依赖性的因此，不考虑塑料的刚度和强度对时间依赖性的标准试验结果，就不能作为设计零件的基础。标准试验结果，就不能作为设计零件的基础。28一、概念及测试原理一、概念及测试原理1.概念概念压缩应力压缩应力 指在压缩试验过程中的任何时刻，单位试样的指在压缩试验过程中的任何时刻，单位试样的原始横截面上所承受的压缩负荷。原始横截面上所承受的压缩负荷。压缩变形压缩变形 指试样在压缩负荷作用下高度的改变量。指试样在压缩负荷作用下高度的改变量。压缩应变压缩应变 每单位原始标距每单位原始标距L0的长度减少量，为比值或百的长度减少量，为比值或百分数。分数。压缩强度压缩强度 指在压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。指在压缩试验中试样所承受的最大压缩应力。规定应变时的压缩应力规定应变时的压缩应力 达到规定应变时的压缩应力。达到规定应变时的压缩应力。压缩模量压缩模量 指在应力指在应力应变曲线的线性范围内应力差与应应变曲线的线性范围内应力差与应变差的比值。变差的比值。细长比细长比 指试样的高度与试样横截面的最小回转半径之比。指试样的高度与试样横截面的最小回转半径之比。292.测试原理测试原理试验是把试样置于试验机的两压板之间，并在沿试样试验是把试样置于试验机的两压板之间，并在沿试样两个端部表面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以两个端部表面的主轴方向，以恒定速率施加一个可以测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向测量的大小相等而方向相反的力，使试样沿轴向方向缩短，而径向方向增大，产生压缩形变，直至试样破缩短，而径向方向增大，产生压缩形变，直至试样破裂，屈服或试样变形达到一预先规定的数为止。裂，屈服或试样变形达到一预先规定的数为止。30二、测试仪器二、测试仪器试验机应符合试验机应符合GB/T17200-2008的规定，而拉伸和弯的规定，而拉伸和弯曲试验所用的万能试验机曲试验所用的万能试验机也可用来测试各种材料的也可用来测试各种材料的压缩强度。压缩强度。用挠度计或压缩形变计在用挠度计或压缩形变计在试验中的任意时间内测且试验中的任意时间内测且试样两固定点距离的任何试样两固定点距离的任何变化。变化。压缩夹具压缩夹具 31三、测试标准和试样三、测试标准和试样1.测试标准测试标准塑料的压缩试验按塑料的压缩试验按GB/T 10412008标准方法进行。标准方法进行。2.试样试样可用注塑、模压成型制作或机械加工制备可用注塑、模压成型制作或机械加工制备形状有棱柱、圆柱或管状。形状有棱柱、圆柱或管状。优选类型和试样尺寸优选类型和试样尺寸类型类型测量测量长度长度l宽度宽度b厚度厚度hA模量模量502100.240.2B强度强度100.2小试样尺寸小试样尺寸项项 目目1型型 2 型型 厚厚 度度宽宽 度度高高 度度356353532四、测试步骤及影响因素四、测试步骤及影响因素1.测试步骤测试步骤 推荐试验速度推荐试验速度速度速度mm/min允差允差/速度速度/mm/min允差允差/12010202202010a520a该允差低于该允差低于GB/T17200-1997的规定的规定试样应按照该材料的国家标准的要求进行状态调节试样应按照该材料的国家标准的要求进行状态调节（1）试样尺寸的测量）试样尺寸的测量（2）必要时安装变形指示器。）必要时安装变形指示器。（3）试样放置。）试样放置。（4）根据材料的规定调整试验速度。）根据材料的规定调整试验速度。33（5）开动试验机进行试验。）开动试验机进行试验。记录适当应变间隔时的负荷及相应的压缩应变。记录适当应变间隔时的负荷及相应的压缩应变。试样破裂瞬间所承受的负荷，单位为试样破裂瞬间所承受的负荷，单位为N。如试样不破裂，记录在屈服或偏置屈服点及规如试样不破裂，记录在屈服或偏置屈服点及规定应变值为定应变值为25时的压缩负荷，单位为时的压缩负荷，单位为N。（6）试验结果以每组）试验结果以每组5个试样的算术平均值表示。个试样的算术平均值表示。342.结果计算和表示结果计算和表示（1）应力按下式计算）应力按下式计算=F/A（2）应变（用伸长仪测量）按下式计算）应变（用伸长仪测量）按下式计算（3）压缩模量按下式计算）压缩模量按下式计算 353.影响因素影响因素来自来自试样材料自身的因素试样材料自身的因素：例如材料内应力分布、材料结构、试例如材料内应力分布、材料结构、试样的成型加工方式等；样的成型加工方式等；来自来自试验条件试验条件：例如试样形状、试样尺寸、试验机的例如试样形状、试样尺寸、试验机的上下压板的表面粗糙度或摩擦力以及试上下压板的表面粗糙度或摩擦力以及试验速度等。验速度等。36第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第四节第四节 冲击性能冲击性能 37冲击试验是用来评价材料在高速载荷状态下的冲击试验是用来评价材料在高速载荷状态下的韧性或对断裂的抵抗能力的试验。韧性或对断裂的抵抗能力的试验。塑料材料的冲击强度在工程应用上是一项重要塑料材料的冲击强度在工程应用上是一项重要的性能指标，它反映不同材料抵抗高速冲击而的性能指标，它反映不同材料抵抗高速冲击而致破坏的能力。致破坏的能力。冲击试验可分为冲击试验可分为摆锤式摆锤式（包括简支梁和悬臂梁（包括简支梁和悬臂梁式）、式）、落球落球（落锤）式和（落锤）式和高速拉伸冲击高速拉伸冲击试验等。试验等。不同材料、不同用途制品可选择不同的试验方不同材料、不同用途制品可选择不同的试验方法。法。38一、一、摆锤式冲击试验摆锤式冲击试验（一）概念及测试原理（一）概念及测试原理1.概念概念简支梁无缺口冲击强度简支梁无缺口冲击强度：无缺口试样破坏时所吸：无缺口试样破坏时所吸收的冲击能量，与试样原始横截面积有关。收的冲击能量，与试样原始横截面积有关。简支梁缺口冲击强度简支梁缺口冲击强度：缺口试样破坏时所吸收的：缺口试样破坏时所吸收的冲击能量，与试样缺口处的原始横截面积有关。冲击能量，与试样缺口处的原始横截面积有关。悬臂梁无缺口冲击强度悬臂梁无缺口冲击强度：无缺口试样在悬臂梁冲：无缺口试样在悬臂梁冲击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比。面积之比。悬臂梁缺口冲击强度悬臂梁缺口冲击强度：缺口试样在悬臂梁冲击强：缺口试样在悬臂梁冲击强度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积度破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比。之比。392.测试原理测试原理摆锤式冲击试验包括简支梁型和悬臂梁型。摆锤式冲击试验包括简支梁型和悬臂梁型。这两种方法都是将试样放在冲击机上规定位置，这两种方法都是将试样放在冲击机上规定位置，然后使摆锤自由落下，使试样受到冲击弯曲力而然后使摆锤自由落下，使试样受到冲击弯曲力而断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的断裂，试样断裂时单位面积或单位宽度所消耗的冲击功即冲击强度。冲击功即冲击强度。简支梁冲击试验是摆锤打简支梁冲击试验是摆锤打击简支梁试样的中央；击简支梁试样的中央；悬臂梁则是用摆锤打击有悬臂梁则是用摆锤打击有缺口的悬臂梁的自由端缺口的悬臂梁的自由端40（二）测试仪器（二）测试仪器由一个重的底座和测试时夹紧试样的虎钳夹具所组成。由一个重的底座和测试时夹紧试样的虎钳夹具所组成。简支梁试验和悬臂梁试验采用不同类型的打击头。简支梁试验和悬臂梁试验采用不同类型的打击头。41（三）（三）塑料简支梁冲击试验塑料简支梁冲击试验1.测试标准和试样测试标准和试样（1）测试标准）测试标准塑料简支梁冲击试验的标准方法是塑料简支梁冲击试验的标准方法是GB/T1043-2008。（2）试样）试样试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或注塑成型的板材经机械加工制得。注塑成型的板材经机械加工制得。试样的类型、尺寸和跨距试样的类型、尺寸和跨距 单位：单位：mm试样类型试样类型长度长度a l宽度宽度a b厚度厚度a h跨距跨距1802100.240.2620.00.52b3b25h11h或或13h10或或15c3d20h6h或或8h42表表5-10 方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸无层间剪切破坏的材料方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸无层间剪切破坏的材料方法名称方法名称a试样试样类型类型冲击冲击方向方向缺口缺口类型类型缺口底部半径缺口底部半径 rN/mm缺口底部剩余缺口底部剩余宽度宽度bN/mmGB/T 1043.1/1eUb1侧向侧向无缺口无缺口单缺口单缺口GB/T 1043.1/1eAbA0.250.058.00.2GB/T 1043.1/1eBB1.000.058.00.2GB/T 1043.1/1eCC0.100.028.00.2GB/T 1043.1/1fUc贯层贯层无缺口无缺口a.如果试样取自片材或成品，其厚度应加载名称中。非增强材料的试样如果试样取自片材或成品，其厚度应加载名称中。非增强材料的试样不应以机加工面作为拉伸而进行试验；不应以机加工面作为拉伸而进行试验；b.优选方法；优选方法；c.适用于表面效应的适用于表面效应的研究。研究。43图图5-14 5-14 简支梁试样简支梁试样 图图5-15 5-15 缺口类型缺口类型 442.2.测试步骤及计算结果测试步骤及计算结果（1 1）测试步骤）测试步骤试样按试样按GB/T 2918-1998GB/T 2918-1998的规定调节的规定调节1616小时以上。小时以上。测量试样中部的宽度和厚度，精确至测量试样中部的宽度和厚度，精确至0.02mm0.02mm。根据试样选择摆锤。根据试样选择摆锤。调节能量度盘指针零点，测定摩擦损失和修正吸收的能量。调节能量度盘指针零点，测定摩擦损失和修正吸收的能量。抬起并锁住摆锤，试样放置，对中。抬起并锁住摆锤，试样放置，对中。平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。试样完全破坏或部分破坏的可以取值。试样完全破坏或部分破坏的可以取值。观察、报告。不同破坏类型的结果不能进行比较。观察、报告。不同破坏类型的结果不能进行比较。所有计算结果的平均值取两位有效数字，每组试验至少包括所有计算结果的平均值取两位有效数字，每组试验至少包括1010个试样。个试样。45（2 2）结果的计算和表示）结果的计算和表示无缺口试样简支梁冲击强度按下式（无缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-165-16）计算：）计算：缺口试样简支梁冲击强度按下式（缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-175-17）计算：）计算：46（四）塑料悬臂梁冲击试验（四）塑料悬臂梁冲击试验1 1测试标准和试样测试标准和试样（1 1）测试标准）测试标准塑料悬臂梁冲击试验方法的标准有塑料悬臂梁冲击试验方法的标准有GB/T 1843-2008 GB/T 1843-2008 图图5-16 5-16 夹具、试样和冲击刃冲击示意图夹具、试样和冲击刃冲击示意图 47（2 2）试样）试样方法名称方法名称a、b试样试样缺口类型缺口类型缺口底部半缺口底部半径径 rN缺口的保留缺口的保留宽度宽度bNGB/T 1843/U长长l=802宽宽b=10.00.2厚厚h=4.00.2无缺口无缺口GB/T 1843/AA0.250.058.00.2GB/T 1843/BB1.000.05a 如果试样是由板材或制品上裁取的，板材或制品的厚度如果试样是由板材或制品上裁取的，板材或制品的厚度h应该加到命名应该加到命名中。未增强的试样不应使机加工表面处于拉伸状态进行试验；中。未增强的试样不应使机加工表面处于拉伸状态进行试验；b 如果板如果板材厚度材厚度h等于宽度等于宽度b，冲击方向（垂直，冲击方向（垂直n平行平行p）应加到名称中。）应加到名称中。表表5-11 5-11 方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸方法名称、试样类型、缺口类型和缺口尺寸 48图图5-18 5-18 冲击方向命名图冲击方向命名图492.2.测试步骤及计算结果测试步骤及计算结果悬臂梁梁无缺口冲击强度按下式（悬臂梁梁无缺口冲击强度按下式（5-185-18）计算：）计算：缺口试样简支梁冲击强度按下式（缺口试样简支梁冲击强度按下式（5-185-18）计算：）计算：50（五）影响因素（五）影响因素1 1试样制备试样制备每种制样过程都要符合相关标谁，不同制样方法不具有可比性。每种制样过程都要符合相关标谁，不同制样方法不具有可比性。2.2.试样尺寸试样尺寸规格要一致。不同加工方式加工的试样，其测值不具可比性。规格要一致。不同加工方式加工的试样，其测值不具可比性。3.3.试验环境试验环境冲击强度值均随温度的降低而降低。湿度对某些塑料冲击强度有影响。冲击强度值均随温度的降低而降低。湿度对某些塑料冲击强度有影响。4.4.操作过程操作过程如冲击速度，冲击摆锤刀口与试样打击面吻合。简支梁冲击试验中，如如冲击速度，冲击摆锤刀口与试样打击面吻合。简支梁冲击试验中，如果试样与支架没有贴紧，则容易产生多次冲击使测试结果不准确。果试样与支架没有贴紧，则容易产生多次冲击使测试结果不准确。5.5.数据处理数据处理 数据处理与试验结果的精确度有着密切关系。数据处理与试验结果的精确度有着密切关系。51第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第五节第五节 硬度试验硬度试验 52一、概念及测试方法一、概念及测试方法硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入其表面的能力。硬度是材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组硬度是材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标成的综合性指标;通过对硬度的测量可间接了解该材料的其他力学性能，通过对硬度的测量可间接了解该材料的其他力学性能，例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等;硬度测定值的大小不仅与材料性质有关，还取决于测硬度测定值的大小不仅与材料性质有关，还取决于测定条件和方法定条件和方法;不同测定方法测定的硬度值不能相对比较。不同测定方法测定的硬度值不能相对比较。53测定硬度的方法主要有三种类型：测定硬度的方法主要有三种类型：测定材料耐顶针压入能力的试验，如邵氏硬度（肖氏测定材料耐顶针压入能力的试验，如邵氏硬度（肖氏硬度）、球压痕硬度试验等；硬度）、球压痕硬度试验等；测定材料对尖头或其它材料的耐划痕性硬度试验，如测定材料对尖头或其它材料的耐划痕性硬度试验，如莫氏硬度（莫氏硬度（MobsMobs）等；）等；测定材料回弹性的硬度试验，如洛氏硬度，邵氏反弹测定材料回弹性的硬度试验，如洛氏硬度，邵氏反弹硬度试验等。硬度试验等。邵氏邵氏A A型适用于软质塑料及橡胶；邵氏型适用于软质塑料及橡胶；邵氏C C型和邵氏型和邵氏D D型适型适用于较硬或硬质塑料和硫化橡胶。用于较硬或硬质塑料和硫化橡胶。球压痕硬度实验适用于柔软的弹性体到较硬的塑料。球压痕硬度实验适用于柔软的弹性体到较硬的塑料。洛氏硬度实验主要用于刚硬的工程塑料的硬度评价。洛氏硬度实验主要用于刚硬的工程塑料的硬度评价。54二、邵氏硬度二、邵氏硬度1.1.测试原理测试原理将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下和规定的时间将规定形状的压针，在标准的弹簧压力下和规定的时间内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样内，把压针压入试样的深度转换为硬度值，表示该试样材料的邵氏硬度等级。材料的邵氏硬度等级。指示表为指示表为100100个分度，每一个分度即为一个邵氏硬度值。个分度，每一个分度即为一个邵氏硬度值。邵氏压痕硬度实验不适用于泡沫塑料。邵氏压痕硬度实验不适用于泡沫塑料。2.2.测试仪器测试仪器邵氏硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及对压针施邵氏硬度计主要由读数度盘、压针、下压板及对压针施加压力的弹簧组成。加压力的弹簧组成。55图图5-21 TH2105-21 TH210邵氏硬度计邵氏硬度计1 1底座；底座；2 2工作台；工作台；3 3试样；试样；4 4硬度计；硬度计；5 5砝码；砝码；6 6砝码固定杆；砝码固定杆；7 7压下手柄；压下手柄；8 8立立柱；柱；9 9升降滑动臂；升降滑动臂；1010锁紧手轮锁紧手轮 563.3.测试步骤测试步骤（1 1）制样）制样（2 2）硬度计垂直安装在硬度计支架上）硬度计垂直安装在硬度计支架上（3 3）待测试样置于测定架的试样平台上）待测试样置于测定架的试样平台上（4 4）在试样上不同点处测量硬度五次、取算术平均值）在试样上不同点处测量硬度五次、取算术平均值（5 5）重复上述实验步骤。）重复上述实验步骤。（6 6）实验结果表示）实验结果表示4 4影响因素影响因素（1 1）试样厚度）试样厚度 试样过薄，将使测定的硬度值偏大。试样过薄，将使测定的硬度值偏大。（2 2）压针）压针 压针端部形状越平坦，测得的硬度值越大。压针端部形状越平坦，测得的硬度值越大。（3 3）温度）温度 测试温度高，测得的硬度值低。测试温度高，测得的硬度值低。（4 4）读数时间）读数时间 随读数时间的增加而下降；随读数时间的增加而下降；（5 5）测点间距离）测点间距离57三、洛氏硬度三、洛氏硬度1 1试验原理试验原理洛氏硬度试验法是美国人洛克尔在洛氏硬度试验法是美国人洛克尔在19191919年提出的。年提出的。属于静载压痕法硬度试验。属于静载压痕法硬度试验。可用于软的弹性体材料到较刚硬塑料的硬度值评价。可用于软的弹性体材料到较刚硬塑料的硬度值评价。图图 5-225-22洛氏硬度测试原理示意图洛氏硬度测试原理示意图582.2.测试仪器测试仪器洛氏硬度计主要由机架、压头、加力机构、硬度指洛氏硬度计主要由机架、压头、加力机构、硬度指示器和计时装置组成。示器和计时装置组成。593 3测试步骤测试步骤（1 1）制样）制样（2 2）选择合适的标尺）选择合适的标尺（3 3）施加初始压力。）施加初始压力。（4 4）卸除主压力）卸除主压力（5 5）重复上述操作）重复上述操作（6 6）计算洛氏硬度）计算洛氏硬度4 4影响因素影响因素（1 1）试验仪器的影响）试验仪器的影响 （2 2）测试温度的影响）测试温度的影响（3 3）试样厚度的影响）试样厚度的影响 （4 4）主试验力保持时间的影响）主试验力保持时间的影响 （5 5）读数时间的影响）读数时间的影响60四、其他测试方法四、其他测试方法莫式硬度检测方法的原理是以材料抵抗刻画的能力莫式硬度检测方法的原理是以材料抵抗刻画的能力作为衡量硬度的依据。作为衡量硬度的依据。在涂料，包装行业广泛应用的铅笔划痕硬度法也是在涂料，包装行业广泛应用的铅笔划痕硬度法也是一种抵抗划痕能力的测定方法一种抵抗划痕能力的测定方法 图图5-23 铅笔硬度计铅笔硬度计61第五章第五章 力学性能测试力学性能测试 第六节第六节 其他力学性能测试其他力学性能测试62一、剪切试验一、剪切试验 剪切强度定义为在剪切应力作用下，使试样移动部分与剪切强度定义为在剪切应力作用下，使试样移动部分与静止部分呈完全脱离状态所需之最大负荷。静止部分呈完全脱离状态所需之最大负荷。由最大剪切载荷与试样原始截面积之比求得，它是承受由最大剪切载荷与试样原始截面积之比求得，它是承受剪切载荷材料的重要力学性能指标。剪切载荷材料的重要力学性能指标。用来表征高聚物材料抵抗剪切载荷而不破裂的能力。用来表征高聚物材料抵抗剪切载荷而不破裂的能力。对于脆性材料，即可应用简单的剪切试验来测定其剪切对于脆性材料，即可应用简单的剪切试验来测定其剪切强度。强度。对于受剪切作用会发生较大塑性形变的材料，可采用扭对于受剪切作用会发生较大塑性形变的材料，可采用扭转试验方法测定。转试验方法测定。63（一）剪切强度试验（一）剪切强度试验ASTM D-732ASTM D-732ASTM D-732规定的剪切强度试验，是通过一个标准冲头规定的剪切强度试验，是通过一个标准冲头以规定的速度，强迫热塑性塑料试样片完全破坏。剪切以规定的速度，强迫热塑性塑料试样片完全破坏。剪切强度大小为试样在剪切力作用下破坏时单位面积上所能强度大小为试样在剪切力作用下破坏时单位面积上所能承受的负荷值。承受的负荷值。1.1.试验样品和试验装置试验样品和试验装置 642.测试步骤测试步骤测试首先要把样品正确固定在定位夹具上，冲头剪切压迫，测试首先要把样品正确固定在定位夹具上，冲头剪切压迫，直到试样完全破坏。直到试样完全破坏。其抗剪强度计算如下：其