文档介绍：2005 年塑料材料性能与测试培训班讲义
塑料测试技术概论
(授课:高级工程师朱纯金)
1 概论
随着塑料生产和科研工作的日益发展,应用范围的不断扩大,对塑料材料性能测试的要
求也日趋迫切。塑料材料经过性能测定可以正确掌握它们的各种性能。这对控制产品质量、
了解加工性能和使用特性,评价和应用新型塑料材料,研究新型材料的配方和结构等都有着
重要意义。因此,塑料测试工作是发展塑料生产和科研工作的重要手段,可为加速发展我国
塑料工业的生产和科研做出应有的贡献。
概述
塑料
人们对塑料的定义很多。一种比较公认的说法是:以合成的或天然的高分子化合物为基
本成分,加以填料、增塑剂、稳定剂及其他添加剂等配合料,在将制造或加工过程中的某一
阶段能流动成型或借原地聚合或固化而定形,其成品状态为柔韧性或刚性固体,称之为塑料。
人们把上文所说的合成的或天然的高分子化合物总称为高聚物。它是一种(均聚物)或几
种(共聚物)结构单元用共价键连接在一起的,多少是由规则的连续序列所构成。高聚物结构
的主要特点是:分子量大(一般在 104~107 之间),并且分子量具有多分散性;其次,高分子
链的几何形状极其复杂,比较典型的有线形、支化、星形、梳形、梯形、网状等多种形态(见
图 1-1)。
随着温度的升高,高聚物的聚集状态发生着明显的变化。对于无定型高聚物,有玻璃态、
高弹态和粘流态这三种聚集态;对结晶及部分,结晶高聚物则除了上述三态外,还有界于熔
融温度 Tm 和玻璃化转变温度 Tg 之间的皮革态。
在常温上下的一定温度范围内,人们从聚集态来区分高聚物,把它分成三大基本类型:
处于玻璃态的就是塑料;处于高弹态的就是橡胶;
图 1-1 高聚物分子链形态示意图
(1)——线形;(2)——支化;(3)——星形;(4)——梳形;(5)——梯形;(6)——网状
处于玻璃态但有相当量的结晶就能制成纤维。这就构成了塑料、橡胶和纤维三大合成材
料。作为本书的内容,就是以塑料为其主要对象的测试技术探讨。
塑料的特性
由于塑料的组成和结构的特点,使塑料具有许多优异的性能。因此,得到了广泛的应用,
概括起来有下述一些特点。
(1)比强度高一般塑料的密度在 ~ g/cm3 之间,只有钢铁的八分之一至四分
之一,铝的二分之一左右。所以、如果按单位质量来衡量(即材料的比强度),则有些塑料(例
如层压塑料)是比强度最高的材料。例如,用玻璃纤维增强的塑料,它的单位质量的拉伸强
2005 年塑料材料性能与测试培训班讲义
度可高达 170~400 MPa,这是一般钢材都达不到的。表 1-1 中列出了几种材料的比强度值。
表 1-1 几种材料的比强度值
材料名称比强度材料名称比强度
玻纤增强环氧树脂 467 聚苯乙烯 40
石棉酚醛塑料 200 低密度聚乙烯 15
增强尼龙 130 高级合金钢 200
尼龙 66 64 铝 23
有机玻璃 42 铸铁 13
(2)优异的电绝缘性能几乎所有的塑料都有优异的电绝缘性、极小的介质损耗以及优
良的耐电弧特性。多少年来用于电器行业的陶瓷材料,其性能也仅此而已。
(3)化学稳定性好一般塑料对酸、碱等化学药品均有良好的抗腐蚀能力,特别是聚四
氟乙烯耐化学性能比黄金还要好。
(4)优良的减摩、耐磨性能许多塑料的摩擦系数很小,且极耐磨,可以作为减摩材料,
而且,塑料还有良好的对异物埋没性。这对于在有磨粒或杂质存在的恶劣条件下工作的摩擦
零件尤其适宜。因为这样可以避免对磨金属的刮伤现象。这些性能是许多金属材料所不能比
拟的。
(5)方便、灵活的可加工性塑料材料具有灵活方便的加工特性。可以根据不同材料、
不同场合和加工条件来选择合适的加工和成型办法。它可以象金属材料一样进行切削、车刨;
也可以在合适的条件下用注塑、模压的办法直接制得零件;还可以挤出板材、管材;吹塑成
薄膜。其他如拉成丝,发泡成泡沫塑料等等。
由于塑料具有这些突出的优点,所以尽管塑料材料的发展只有近百年的历史,但其产量
的迅猛增加,品种的飞速发展,使用场合的日趋广泛,都是任何一种传统材料所不能比拟的。
当然,塑料材料也有一些严重的缺点。例如,它的耐热性能远不如金属,一般的塑料仅能在
100℃以下工作;它的热膨胀系数要比金属大 3~10 倍,容易受温度变化而影响尺寸的稳定;
在受力状态下工作,蠕变现象严重,以及在日光、气雾、长期应力作用下会发生老化现象,
使其性能变坏等。塑料材料的这些缺点或多或少影响与限制了它的应用。