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從沒見過這么全的塑料性能解析，塑料人必看！
橡塑包括 PE、PP、PVC、ABS、PC、PA、POM、PBT、PET、TPE、TPO、TPR、TPU等材料；這些材料，一般都需要進行常規或特定的測試：如老化測試，其中包括：人工氣候老化試驗（氙弧燈、碳弧燈、紫外燈）、自然氣候暴曬試驗、鹽霧試驗、濕熱試驗、高低溫試驗、臭氧試驗、熱氧老化試驗等；
力學性能、電學性能方面的測試，包括：拉伸、撕裂、彎曲、壓縮、沖擊、熱變形溫度、維卡軟化溫度、熔融指數、氧指數、表面電阻、體積電阻、擊穿電壓、光澤、透光率、霧度、燃燒性能等。
但真正系統完整的資料，能找到的估計并不多，所以就有了這篇文章的目的。這篇文章對于銷售而言，可以快速了解塑料的基本性質；對于做品質的朋友，能加深對于自己工作的一認識；對于研發的朋友，也有一些參考性的建議。
一機械力學性能
1.密度與比重
塑料的比重是在一定的溫度下,秤量試樣的重量與同體積水的重量之比值,單位為g/cm3,常用液體浮力法作測定方法.
圖 塑料密度測試儀
在質量相同的條件下，密度越輕，根據ρ=m/V，比重越小，在等體積，價格相同的情況下，比重越小的材料可以制造的產品越多，單個產品的材料成本也就越低，而且可以減少產品的重量，節省運輸等費用。所以，比重是非常重要的屬性。特別是在塑料代替金屬等材料的時候，是特別大的一個優勢。
2. 拉伸/彎曲
在拉伸性能的測試中，通常的測試項目為拉伸應力、拉伸強度、拉伸屈服強度、斷裂伸長率、拉伸彈性模量，彎曲模量/彎曲強度等。
拉伸測試：測定高聚物材料的基本物性，對材料施加應力后，測出變形量，求出應力，應力應變曲線是最普通的方法。將樣條的兩端用器具固定好，施加軸方向的拉伸荷重，直到遭破壞時的應力與扭曲。
彈性模量：E=( F/S)/(dL/L)（材料在彈性變形階段，其應力和應變成正比例關系）彈性模量”是描述物質彈性的一個物理量，是一個總稱，包括“楊氏模量”、“剪切模量”、“體積模量”等。
圖 塑料拉伸樣條
彈性模量的意義：彈性模量是工程材料重要的性能參數，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反應。
圖 不同塑料拉伸圖形變化
強度：材料在載荷作用下抵抗塑性變形或被破壞的最大能力。
屈服強度：材料發生明顯塑性變形的抗力
拉伸強度：在拉伸試驗中，試樣直至斷裂為止所承受的最大拉伸應力。
拉伸應力：試樣在計量標距范圍內，單位初始橫截面上承受的拉伸負荷。
拉伸斷裂應力：σｔ－εｔ曲線上斷裂時的應力。
拉伸屈服應力：σｔ－εｔ曲線上屈服點處的應力。
斷裂伸長率：試樣斷裂時，標線間距離的增加量與初始標距之比。
屈服點：σｔ－εｔ曲線上σｔ不隨εｔ增加的初始點。
圖 應力—應變過程
注：
E越大，說明材料越硬，相反則越軟；
σb或σy越大，說材料越強，相反則越弱；
εb或S越大，說明材料越韌，相反則越脆
3.沖擊
定義：擺錘打擊簡支梁試樣的中部，使試樣受到沖擊而斷裂，試樣斷裂時單位面積或單位寬度所消耗的沖擊功即為沖擊強度。
圖 沖擊測試儀器
意義：沖擊韌性是描述高分子材料在高速碰擊下所呈現的堅韌程度，或抗斷裂能力。一般來說，沖擊韌性包括兩個方面：受沖擊后的變形能力以及扛斷裂能力，前者一般用斷裂伸長率表示，而后者一般用沖擊強度來表示。
沖擊強度計算公式： E=A/bd
A：表示沖動時所消耗的功 ；b/d分別表示受沖擊部位的寬和厚；E即為沖擊強度
沖斷試樣所消耗的功一般分為以下幾個方面：
-
使試樣產生破裂的裂紋
-
使其中某些裂紋發展貫穿整個試樣而斷開
-
使裂紋附近的聚合物發生形變
-
使斷開的試樣片段飛出去
-
少量的克服空氣阻力以及機械零件之間的摩擦力
注：一般來說，在被破壞前所吸收的沖擊能越大，斷裂伸長也越大，材料的沖擊韌性越好。
4. 洛氏/邵氏硬度
定義：材料抵抗其他較硬物體壓入其表面的能力。
目的：測量材料的適用性，間接了解材料的磨擦性能、拉伸性能、固化程度等力學性能
常用的硬度測試方法：邵氏硬度、洛氏硬度，硬度體現的是產品的堅硬程度。在施加荷重的狀態下，測定堅硬的圓珠凹陷時的抗衡性的實驗。如果塑料中膠含量較多的話，沖擊強度將會增加，但硬度會下降。
5.撕裂強度
撕裂力Ft：撕裂試樣所需的平均力或最大力。
撕裂強度：若已知試樣的厚度為d mm,則撕裂強度為撕裂力和厚度的比值Ft /d。GB和ISO多用F/d作撕裂強度，但ASTMD1004(塑料片材)以F作撕裂強度，ASTM D624(橡膠)則以F/d作撕裂強度。
6.塑料粘度
是指塑料熔融流動時大分子之間相互摩擦系數的大小。它是塑料熔融流動性高低的反映，即粘度越大，熔體粘性越強，流動性越差，加工越困難，同時也是聚合物分子量大小的一個測評方法。塑料粘度的大小與塑料熔融指數大小成反比。塑料粘度隨塑料本身特性，外界溫度，壓力等條件變化而變化。
二熱學性能
1.熔融指數
熔融指數是一種表示塑膠材料加工時的流動性的數值。它是美國量測標準協會(ASTM)根據美國杜邦公司慣用的鑒定塑料特性的方法制定而成，其測試方法是先讓塑料粒在一定時間（10分鐘）內、一定溫度及壓力（各種材料標準不同）下，融化成塑料流體，然后通過一直徑為2.095mm圓管所流出的克（g）數。表示方法有MFI：流體質量；MVR：流體體積。
在微觀上，融指越大表示體現粘度愈小及分子重量愈小，反之則代表該塑料粘度愈大及分子重量愈大。在宏觀上，其值越大，表示該塑膠材料的加工流動性越佳，反之則越差。
2.灰分
一般在馬沸爐中高溫灼燒，聚合物發生一系列物理和化學變化，最后有機成分揮發逸散，而無機成分（主要是無機鹽和氧化物）則殘留下來，這些殘留物稱為灰分。一般改性的產品里面，灰分就是硅石、碳酸鈣、滑石粉、玻纖、鈦白粉等一些無機礦物質。
圖 灰分爐
目的：測定塑料中無機物質的含量，作為判斷材料真假的一個依據以及評判材料性能的一個依據，如：在加玻纖的塑料中，高了塑料材料剛性增加，耐熱性增加，但韌性降低，反之，韌性增加，剛性耐熱性下降。
3.水分
指含在物體內部的水。水分含量是影響諸如聚酰胺（PA）和聚碳酸酯（PC）等樹脂的加工工藝、產品外觀和產品特性的一個重要因素。在注塑過程中,如果使用水分含量過多的塑料粒子進行生產,則會產生一些加工問題,并最終影響成品質量,如：表面開裂、反光,以及抗沖擊性能和拉伸強度等機械性能降低等。
4.熱失重
熱失重就是通過對物質加熱，使物質逐漸揮發、分解，測量他隨溫度升高的重量的變化。這樣可以用來測定物質的某些物理性質，如：分解溫度，熔點等之類的。
5.玻璃化溫度
高聚物由高彈態轉變為玻璃態的溫度，指無定型聚合物（包括結晶型聚合物中的非結晶部分）由玻璃態向高彈態或者由后者向前者的轉變溫度，是無定型聚合物大分子鏈段自由運動的最低溫度，通常用Tg表示，隨測定的方法和條件有一定的不同。高聚物的一種重要的工藝指標。在此溫度以上，高聚物表現出彈性；在此溫度以下，高聚物表現出脆性。
6.熱變形溫度
熱變形溫度（Heat deflection temperature）：對高分子材料或聚合物施加一定的負荷，以一定的速度升溫，當達到規定形變時所對應的溫度。
測試目的：處于玻璃態或結晶態的高聚物，隨著溫度的提高，原子和分子運動能量提高，在外力作用下因其定向運動而導致變形的能力增加，即材料抵抗外力的能力——模量隨溫度升高而下降，隨著溫度的提高，固定負荷下塑料產生的變形增加。
7.維卡軟化溫度
維卡軟化溫度是評價材料耐熱性能，反映制品在受熱條件下物理力學性能的指標之一。材料的維卡軟化溫度雖不能直接用于評價材料的實際使用溫度，但可以用來指導材料的質量控制。維卡軟化溫度越高，表明材料受熱時的尺寸穩定性越好，熱變形越小，即耐熱變形能力越好，剛性越大，模量越高。
圖 維卡軟化/熱變形溫度測試儀
8. 熱傳導系數
定義：物體熱傳導能力的熱性能參數，單位為W/m.K (kcal/m.℃.h)。
試驗儀器：熱導率測定儀，適用于導熱材料和絕熱材料的測試
9.低溫脆化
塑料的剛性會隨著環境溫度的變化而變化，當溫度降低到某一定溫度范圍時，就表現出呈剛性，繼而變脆。
脆化溫度的測定：在規定的受力及變形條件下，測出其顯示脆性破壞時的溫度
10. 熱膨脹系數
物體在體積或長度隨溫度的升高而增大的現象稱為熱膨脹。熱膨脹系數是材料的主要物理性質之一，它是衡量材料的熱穩定性好壞的一個重要指標。當兩種不同的材料彼此焊接或熔接時，都要求這兩種材料具備相近的膨脹系數。
原因：如果選擇材料的膨脹系數相差比較大，焊接或熔接時由于膨脹速度不同，在焊接處產生應力，降低了材料的機械強度和氣密性，嚴重時還會導致焊接處脫落、炸裂、漏氣或漏油。
11. 燃燒測試
是指材料燃燒遇火時所發生的一切物理和化學變化，這項性能有材料表面的著火性和火焰傳播性、發熱、發煙、碳化、失重，以及毒性生成物的產生等來衡量。
測試方法：主要有氧指數燃燒性能測試、水平燃燒性能測試、垂直燃燒性能測試、灼熱絲可燃指數測試等，其中材料的阻燃性能直接影響材料的使用。
1）極限氧指數法
是在規定的實驗條件下，測量維持樣品燃燒所需要的最低氧濃度的一種方法，燃燒的實驗環境氣體為氮氣/氧氣混合物，測試樣品垂直放置（頂端接觸點火器）。因為空氣中氧氣的體積濃度為21％，所以如果LOI值高于21％（體積比）說明材料具有阻燃性能。LOI值越大，說明材料的阻燃性能越好。
2）灼熱絲測試
模仿了這種由熱或點燃所產生的作用（例如過載電阻器的生熱），來評價火災的危害。灼熱絲測試的溫度為550，650，750，850，960 ℃甚至更高，具體的溫度由相關規范來決定：
-
如果滿足了下列條件之一就認為材料樣品能夠經受灼熱絲測試：材料無火焰和材料無火星。
-
樣品的火焰或者火星在移開灼熱絲30秒后熄滅，而且鋪在下面的棉花或者紙張沒有被點燃或者燒焦。
3）水平/垂直燃燒
將長方形條形樣條的一端固定在水平或垂直夾具上，其另一端暴露于規定的試驗火焰中，通過測量線性燃燒速率，評價試樣的水平燃燒行為；通過測量其余焰火和余焰時間，燃燒范圍以及顆粒低落的情況評價塑料的燃燒性能。
三絕緣電性能
1.表面電阻率
材料表面的抗衡程度。在試片表面兩個位置之間施加電極，測定試片表面的電阻特性
2.體積電阻率
材料內部的阻力程度。在材料的反面施加電壓，測定試片的阻力。阻力數值越大，導電性越差，絕緣性越好。
3. 擊穿電壓
高分子材料在一定電壓范圍內是絕緣體，但隨著施加電壓的升高，性能會逐漸下降。當電壓升到一定值時變成局部導電，此時稱材料被擊穿。
4.漏電起痕
固體絕緣材料表面在電場和電解液的聯合作用下逐漸形成導電通路的過程，稱為漏電起痕。而絕緣材料表面抗漏電起痕的能力，稱為耐漏電起痕。
耐漏電起痕試驗主要是模擬家用電器產品在實際使用中不同極性帶電部件在絕緣材料表面沉積的導電物質是否引起絕緣材料表面爬電、擊穿短路和起火危險而進行的檢驗。
試驗主要是一種模擬極惡劣條件的加速試驗以檢驗絕緣材料是否會形成漏電痕跡，從而能在短時間內區別固體絕緣材料抗漏電起痕的能力。
5.耐電弧
顯示為塑料在高電壓電弧下的承受能力，測定形成導電路（Conducting Path）且電弧消失時所需時間。耐電弧性是未經污染的干燥狀態下的特性，CTI是因電解質而受到污染的環境下的特性。
6.介電損耗
電介質在外電場的作用下，將一部分電能轉變成熱能的物理過程，稱為電介質的損耗。
意義：介電損耗越大，材料的性能就越差，其為判斷材料性能好壞，選擇材料和制作器件的重要依據。
7.介電常數
介電常數ε是表征絕緣材料在交流電場下介質極化程度的參數，它是充滿此絕緣材料的電容器的電容量，與以真空為電介質時同樣電極尺寸電容器的電容量的比值。
8. 介電強度
材料對高電壓的承受能力，為電性的最大強度，測定材料產生破損時的電壓。通常介電強度越高，材料的絕緣質量越好。
四老化測試
老化試驗包括：人工氣候老化試驗（氙弧燈、碳弧燈、紫外燈）、自然氣候暴曬試驗、材料貯存壽命推算、鹽霧試驗、濕熱試驗、高低溫試驗、臭氧試驗、二氧化硫-臭氧試驗、熱氧老化試驗、液體介質老化試驗、用戶特定條件老化試驗等等。一般測試項目會根據需要來做。
1.人工加速老化
在實驗室利用老化箱模擬自然環境條件的某些老化因素進行的老化試驗。
熱老化測試：是評定材料對高溫的適應性的一種簡單的人工模擬實驗方法，是將材料放于高于相對使用溫度的較高溫度中使其受熱作用，通過測試暴露前后性能的變化來評定材料的耐熱性能。
2.氙燈光老化
氙弧輻射源經過兩種不同的光過濾系統之一來改變其產生的輻射光譜分布，分別模擬太陽輻射的紫外和可見光的光譜分布，模擬3mm厚的窗玻璃濾過的光輻射的紫外和可見光的光譜分布。
氙燈老化測試就是評定戶外無遮蔽使用和儲存的設備經受太陽輻射熱和光學效應的能力。影響的范圍包括待測物的電性功能是否正常，材料結構是否變形或損壞，為了驗證待測測物表面材料經過日光長期曝曬后出現顏色退化，通常在試驗前與試驗后均以色差儀進行顏色變異程度量測試。
這是一項對暴露在陽光下的產品及其制造材料進行的試驗。太陽輻射可引起光化學效應和熱效應。在大多數情況下，這項試驗可以代替高溫試驗。通過日照試驗可檢驗太陽輻射對產品或有關材料的使用或露天存儲的影響。
3. 紫外燈老化
紫外光老化檢測是采用熒光紫外燈為光源通過模擬自然陽光中的紫外光輻射和冷凝對材料進行加速耐候性試驗，以獲得材料耐氣候性的結果。紫外老化檢測廣泛適用于非金屬材料、有機材料(如：涂料、油漆、橡膠、塑膠及其制品)經在陽光、濕度、溫度、凝露等氣候條件的變化下檢驗有關產品及材料老化現象程度及情況。
目的：產品在大氣中放置一段時間，就會出現不同的問題，比如外觀的變化，包括龜裂、出現斑點、粉化或者顏色變化，甚至還會出現使用性能的下降，可能原因是樹脂中分子的喪失導致分子結構中的化學鍵發生了變化，主要原因是受陽光、工業排除的廢氣、細菌等等引起的。產品的老化性能直接影響了產品的使用時間，因此老化試驗的測試具有重大意義。
4.碳弧燈老化
碳弧燈分為兩種，一種是封閉式碳弧燈，一種是陽光型碳弧燈。這兩種碳弧燈都是應用于早期的設備，前者最初用于紡織品耐光測試，后者最初用于涂層的耐光性測試。封閉式碳弧燈的發光體是一組碳棒，電流通過碳棒發出弧光。
但碳棒發出的弧光的光譜能量分布與自然光的光譜能量分布相差較大，既沒有自然光的短波紫外輻射，在400-800nm之間也沒有日光的高強度能量。陽光型碳弧燈與日光的光譜能量分布的匹配性有所改善，但二者在50-350nm之間的光譜能量分布還是有很大差異。
5.溫濕度循環
溫度循環就是將試驗樣品曝露于予設的高低溫交替的試驗環境中。鹽霧腐蝕試驗箱為避開溫度沖擊影響，試驗時的溫度變化率必須小于20℃/分鐘。同時，為達到蠕變及疲勞損傷的效果，推薦試驗溫度循環為25℃～100℃，或者也可根據產品的用途使用0℃～100℃的循環試驗，曝露時間為各15分鐘。
6.溫濕度沖擊
升溫/降溫速率不低于30℃/分鐘。溫度變化范圍很大，同時試驗嚴酷度還隨著溫度變化率的增加而增加，用來測試材料結構或復合材料，在瞬間下經極高溫及極低溫的連續環境下所能忍受的程度，藉以在最短時間內試驗其熱脹冷縮所引起的化學變化或物理傷害。溫度沖擊試驗與溫度循環試驗的差異主要是應力負荷機理不同。
溫度沖擊試驗主要考察由于蠕變及疲勞損傷引起的失效，而溫度循環主要考察由于剪切疲勞引起的失效。溫度沖擊試驗容許使用二槽式試驗裝置；溫度循環試驗使用單槽式試驗裝置。在二槽式箱體內，溫度變化率要大于50℃/分鐘。
7.臭氧老化
臭氧老化就是將試樣暴露于密閉無光照的含有恒定臭氧濃度的空氣和恒溫的試驗箱中，按預定時間對試樣進行檢測，從試樣表面發生的龜裂或其它性能的變化程度，以評定試樣的耐臭氧老化性能。臭氧老化分為靜態拉伸測試和動態拉伸測試，在這個測試中臭氧濃度、溫度、試樣定伸比是非常重要的三個參數。
五其他測試
1.耐化學藥品測試
耐化學藥品性是指塑料抵抗酸、堿、有機溶劑、油料、氣體、鹽水等化學藥品侵蝕的能力。在化學藥品長期作用下，塑料的外觀和物性會發生失光、變色、霧化、開裂、龜裂、翹曲、分解、溶脹、溶解、發黏等變化。
塑料在化學藥品中是否受到腐蝕，評定的依據通常是塑料在化學藥品中一定時間后的重量、體積、強度、色澤等變化的情況。塑料受化學藥品腐蝕的程度和快慢除了與介質種類有關外，還與介質的溫度、壓力、制品內殘存的內應力、孔隙多少等因素有關。
2.吸水性
塑料的吸水性對塑料制品的力學性能、電性能、熱性能、化學穩定性和加工性能等有很大影響。表示塑料吸水性的指標有吸水量、單位面積吸水量和吸水率。將規定尺寸的試樣浸入到具有一定溫度（25℃ ±2℃）的蒸餾水中，經過一定時間后（24h）所吸收的水量，稱為吸水量。吸水量與試樣質量之比稱為吸水率，用百分數表示。
3. 色牢度
指材料抵抗暴露在加工、測試、儲存或使用過程中可能遇到的任何條件下產生的顏色特性的改變，或其染色劑傳遞到相鄰材料，或以上兩者的能力。耐光色牢度，指材料抵抗因暴露在陽光或人造光下產生的顏色特性的改變的能力。
4. 霧度
霧度（haze）是偏離入射光 2.5°角以上的透射光強占總透射光強的百分數，霧度越大意味著薄膜光澤以及透明度尤其成像度下降。
透明或半透明材料的內部或表面由于光漫射造成的云霧狀或混濁的外觀。以漫射的光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示。haze用標準“c”光源的一束平行光垂直照射到透明或半透明薄膜、片材、板材上，由于材料內部和表面造成散射，使部分平行光偏離入射方向大于2.5°的散射光通量Td與透過材料的光通量T2之比的百分率，是透明或半透明材料光學透明性的重要參數。
注：
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PE 等結晶性聚合物所得薄膜，都具有一定的霧度特性；
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無定形聚合物所得薄膜，如PC(聚碳酸酯) 、PS 和 PMMA( 聚甲基丙烯酸甲酯) 等，其霧度為 0，不具有霧度特性；
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無定形聚合物混合體系薄膜，在組分間相容性好且折射率一致時會透明；但在組分間相容性不好或者折射率不一致時，將呈現霧度特性；
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結晶性聚合物混合體系薄膜，如果配比恰當且樹脂品種匹配時將具有大的霧度，遠大于單組分體系薄膜的霧度，并且其霧度在很低的薄膜厚度時仍能有良好保持。
5.透光率
是表征樹脂透明程度的一個最重要性能指標。一種樹脂的透光率越高，其透明性就越好。塑料制品透明的條件有兩個：一為制品是非結晶體；二為雖部分結晶但顆粒細小，小于可見光波長范圍，不妨礙太陽光光譜中可見光和近紅外光的透過。任何一種透明材料的透光率都達不到100%，即使是透明性最好的光學玻璃的透光率一般也難以超過95%。
6.紅外光譜
當一束具有連續波長的紅外光通過物質，物質分子中某個基團的振動頻率或轉動頻率和紅外光的頻率一樣時，分子就吸收能量由原來的基態振(轉)動能級躍遷到能量較高的振(轉)動能級，分子吸收紅外輻射后發生振動和轉動能級的躍遷，該處波長的光就被物質吸收。
所以，紅外紅外光譜光譜法實質上是一種根據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息來確定物質分子結構和鑒別化合物的分析方法。
