塑料测试技术

高分子材料日新月异的发展给工业技术和人民生活带来了极大的改变。伴随着科学技术的进步，塑料在各行各业的应用越来越广泛，对塑料及其性能进行测试和评估变得越来越重要，而准确、规范地测试对塑料原材料及其制品的性能评价和质量控制具有重要意义。

本书从塑料测试的基础知识出发，较为详细地介绍了此类高分子材料的基本物理性能、力学性能、热性能、流变性能、光学性能、燃烧性能、老化性能、耐化学性能、光降解和生物降解性能、电性能、电磁屏蔽效能等的测试标准和方法，并且从结构表征的角度介绍了聚合物取向度、结晶度、接枝率、交联度、支链长度等的测试方法；此外，还介绍了偏光显微镜、扫描电镜及EDS能谱、透射电镜、扫描探针显微镜、X射线光电子能谱、接触角和表面粗糙度等形态表征及表面分析的常用方法。

本书第1章、第2章、第6章由靳玉娟编写，第3章由许丽丹、温变英编写，第4章由张彩丽编写，第5章由温变英编写，第7章由辛菲编写，第8章、第9章由张敏、翁云宣和张彩丽编写，第10章、第12章由张扬编写，第11章由张扬、张彩丽编写，全书内容由温变英教授审定。

由于我们的编写经验不足及水平所限，书中难免有疏漏、不妥之处，敬请读者批评指正。

本书既可以供相关测试人员和专业工程技术人员参考，也可作为高分子材料与工程专业的专业课或选修课教材。

编著者

2019.10

该书对塑料性能的测试技术进行了系统、详细的论述，主要包括高分子材料的基本物理性能、力学性能、热性能、流变性能、光学性能、燃烧性能、老化性能、耐化学性能、光降解和生物降解性能、电性能、电磁屏蔽效能等的测试标准和方法；从结构表征的角度介绍了聚合物取向度、结晶度、接枝率、交联度、支链长度等的测试方法；还介绍了偏光显微镜、扫描电镜及EDS能谱、透射电镜、扫描探针显微镜、X射线光电子能谱、接触角和表面粗糙度等形态表征及表面分析的常用方法。

本书既可以供相关测试人员和专业工程技术人员参考，也可作为高分子材料与工程专业的专业课或选修课教材。

第1章  塑料测试基础知识1

1.1塑料及其性能特点1

1.2塑料基本测试方法2

1.3试验条件2

1.3.1温度2

1.3.2湿度3

1.3.3试样的预处理及试验标准环境3

1.4试样及其制备4

1.4.1热塑性塑料注塑试样的制备4

1.4.2热塑性塑料注塑试样——小方试片的制备8

1.4.3热塑性塑料压塑试样的制备10

1.4.4热固性塑料的压制成型试样制备11

1.4.5机械加工方法制备试样12

1.5数据处理及误差分析13

1.5.1数据处理13

1.5.2误差分析15

参考文献16

第2章  基本物理性能测试18

2.1密度18

2.1.1浸渍法18

2.1.2液体比重瓶法19

2.1.3滴定法20

2.2吸水性21

2.2.1试验原理21

2.2.2试验方法21

2.2.3试样及仪器21

2.2.4试验步骤22

2.2.5结果处理23

2.2.6影响因素23

2.3收缩率23

2.3.1定义24

2.3.2设备24

2.3.3试验步骤25

2.3.4结果处理26

2.4透气性和透湿性27

2.4.1透气性测定27

2.4.2透湿性测定29

2.5分子量32

2.5.1术语和定义32

2.5.2参照物质33

2.5.3原理33

2.5.4仪器33

2.5.5试验步骤34

2.5.6结果处理35

参考文献35

第3章  力学性能36

3.1拉伸性能36

3.1.1测试原理36

3.1.2试验仪器36

3.1.3试样要求37

3.1.4状态调节及试验环境42

3.1.5操作要点42

3.1.6结果表示42

3.1.7影响因素43

3.1.8塑料制品拉伸性能试验方法44

3.2冲击性能44

3.2.1简支梁冲击试验45

3.2.2悬臂梁冲击试验47

3.2.3拉伸冲击试验51

3.2.4塑料制品冲击性能试验方法54

3.3压缩性能54

3.3.1测试原理54

3.3.2试验仪器54

3.3.3试样要求55

3.3.4状态调节及试验环境56

3.3.5操作要点56

3.3.6结果表示57

3.3.7影响因素57

3.3.8塑料制品压缩性能试验方法58

3.4弯曲性能58

3.4.1测试原理58

3.4.2试验仪器58

3.4.3试样要求59

3.4.4状态调节及试验环境60

3.4.5操作要点60

3.4.6结果表示60

3.4.7影响因素61

3.5硬度测试62

3.5.1邵氏硬度试验方法62

3.5.2球压痕硬度试验方法65

3.5.3洛氏硬度试验方法67

3.6剪切性能69

3.6.1穿孔剪切试验70

3.6.2层间剪切试验72

3.6.3冲压式剪切试验74

3.7疲劳性能77

3.7.1测试原理77

3.7.2试验仪器77

3.7.3试样要求77

3.7.4状态调节及试验环境78

3.7.5操作要点78

3.7.6结果表示79

3.8耐撕裂性能79

3.8.1裤形撕裂法79

3.8.2埃莱门多夫（Elmendor）法81

3.8.3直角撕裂性能83

3.9摩擦和磨损性能85

3.9.1摩擦系数85

3.9.2滑动摩擦磨损88

3.9.3滚动磨损90

参考文献91

第4章  热性能92

4.1耐热性92

4.1.1负荷热变形温度（HDT）92

4.1.2维卡软化温度95

4.1.3马丁耐热温度98

4.1.4热分解温度102

4.1.5热不稳定指数（TII）105

4.1.6线膨胀系数106

4.2热转变108

4.2.1低温脆化温度109

4.2.2玻璃化转变温度112

4.2.3熔点118

4.3导热性能123

4.3.1热导率123

4.3.2热扩散系数130

参考文献133

第5章  流变性能134

5.1流变测量预备知识134

5.1.1黏弹性参数的基本概念134

5.1.2影响聚合物流变行为的因素136

5.2毛细管流变仪139

5.2.1恒速型压力毛细管流变仪的结构140

5.2.2测量原理141

5.2.3测量方法144

5.2.4恒压型压力毛细管流变仪146

5.3转矩流变仪148

5.3.1转矩流变仪的结构和功能149

5.3.2测量原理151

5.3.3操作方法153

5.3.4在聚合物中的应用154

5.4旋转流变仪154

5.4.1旋转流变仪的类型和测量模式155

5.4.2同轴圆筒模式的测量原理158

5.4.3锥板模式测量原理160

5.4.4平行板模式测量原理163

5.4.5旋转流变仪的测量方法166

参考文献168

第6章  光学性能169

6.1透光率和雾度169

6.1.1定义169

6.1.2测试原理169

6.1.3试样170

6.1.4测量方法170

6.1.5测试步骤172

6.1.6结果处理172

6.2黄色指数测定173

6.2.1定义173

6.2.2试样174

6.2.3试验条件174

6.2.4试验仪器174

6.2.5试验步骤174

6.2.6结果计算175

6.3折射率测定175

6.3.1定义175

6.3.2测试原理176

6.3.3测试仪器176

6.3.4测试步骤176

6.3.5影响因素177

6.4白度测定177

6.4.1定义177

6.4.2试样177

6.4.3试验仪器178

6.4.4试验步骤179

6.4.5试验结果179

6.5色泽测定179

6.5.1颜色180

6.5.2光泽度181

6.6荧光测定182

参考文献183

第7章  燃烧性能185

7.1材料阻燃性能测试方法分类185

7.2材料点燃性和可燃性的测定186

7.2.1塑料极限氧指数的测定186

7.2.2塑料水平及垂直燃烧试验193

7.2.3塑料点燃温度的测定204

7.3材料火焰性能的测定206

7.3.1ASTM E84-18隧道法206

7.3.2加拿大CAN/ULC-S 102-10隧道法207

7.3.3ASTM E162-16辐射板法208

7.3.4ASTM E970-17法209

7.3.5DS/ISO5658-2：2006法210

7.3.6意大利UNI 9174：2010法211

7.3.7英国BS 476-6：1989 A1：2009法212

7.3.8英国BS 476-7：1997法213

7.3.9德国DIN 4102-14：1990法及荷兰NEN 1775：1991法214

7.3.10EN ISO 9239-1：2010法及ISO 9239-2：2003法215

7.3.11直接点燃法测定燃烧速率215

7.4材料释热性的测定216

7.4.1概述216

7.4.2锥形量热仪法216

7.4.3美国俄亥俄州立大学（OSU）量热仪法220

7.5材料生烟性的测定221

7.5.1引论221

7.5.2光学法测定烟密度222

7.5.3NBS烟箱法223

7.5.4XP2烟箱法227

7.5.5光学法测定烟密度的其他方法228

7.6材料燃烧产物腐蚀性的测定229

7.6.1概述229

7.6.2测定方法230

7.7材料燃烧产物毒性的测定231

7.7.1测定方法231

7.7.2美国匹兹堡大学生物试验法233

7.7.3德国DIN 53436-3：1989生物试验法234

7.7.4日本JGBR生物试验法234

7.7.5中国HB 7066—1994《民机机舱内部非金属材料燃烧产生毒性气体的测定方法》化学分析法235

7.7.6HB 7068.4—1994化学分析法238

参考文献240

第8章  塑料老化和耐化学性能243

8.1塑料老化概述243

8.1.1塑料老化的特征243

8.1.2塑料老化的机理244

8.1.3影响塑料老化的因素246

8.1.4塑料老化性能的测试原理和方法249

8.2自然日光气候老化试验250

8.2.1自然日光气候老化试验250

8.2.2海水暴露试验253

8.2.3土壤现场埋设试验254

8.3热老化试验255

8.3.1常压法热老化试验255

8.3.2高压氧和高压空气热老化试验258

8.3.3恒定湿热条件的暴露试验260

8.4人工气候老化试验263

8.4.1氙弧灯光源暴露试验方法264

8.4.2荧光紫外灯光源暴露试验方法268

8.4.3开放式碳弧灯光源暴露试验方法271

8.4.4其他方法的简介273

8.5塑料在玻璃下日光、自然气候或实验室光源暴露后颜色和性能变化的测定275

8.5.1颜色或其他外观变化的测定276

8.5.2力学性能或其他性能变化的测定277

8.6塑料耐液体化学试剂性能的测定277

8.7塑料暴露于湿热、水喷雾和盐雾中影响的测定279

8.8塑料防霉性能试验280

8.8.1测试原理280

8.8.2测试设备281

8.8.3试样281

8.8.4测试步骤281

8.8.5结果表示282

8.9塑料抗藻性能试验282

8.9.1测试原理282

8.9.2测试设备282

8.9.3试样283

8.9.4测试步骤283

8.9.5结果表示283

参考文献283

第9章  塑料的光降解和生物降解性能285

9.1塑料的光降解及其测试285

9.1.1塑料光降解的定义285

9.1.2塑料光降解过程286

9.1.3光降解聚合物的设计方法288

9.1.4光降解塑料的试验评价及分析方法289

9.1.5光降解影响因素291

9.1.6正确认识光降解塑料291

9.2塑料的生物降解及其测试292

9.2.1生物降解过程292

9.2.2生物降解机理293

9.2.3塑料生物降解试验295

9.2.4影响塑料生物降解的因素302

9.2.5可生物降解聚合物的设计与制备304

9.3塑料生物基含量测定方法305

9.3.1研究生物基含量测定方法的意义305

9.3.2测试原理305

9.3.3生物基含量测定方法306

参考文献307

第10章  电性能309

10.1静电309

10.1.1聚合物静电起电机理310

10.1.2测试方法310

10.2电阻率313

10.2.1定义313

10.2.2测试原理314

10.2.3测试方法315

10.2.4试样、仪器及测试环境316

10.2.5测试步骤317

10.2.6结果处理318

10.2.7直流四探针法318

10.3电击穿及介电强度322

10.3.1定义323

10.3.2测试方法324

10.3.3试样、仪器及测试环境324

10.3.4测试步骤325

10.3.5影响因素326

10.4介电常数和介质损耗角正切327

10.4.1定义327

10.4.2测试原理328

10.4.3测试方法332

10.4.4试样、电极、测试仪器及测试环境332

10.4.5影响因素334

10.5耐电弧性335

10.5.1定义335

10.5.2测试原理335

10.5.3测试方法335

10.5.4试样、电极及测试仪器337

10.5.5结果339

10.5.6报告339

10.6电磁屏蔽效能339

10.6.1定义339

10.6.2测试方法340

10.6.3报告351

参考文献351

第11章  结构测试352

11.1取向度352

11.1.1取向度定义352

11.1.2双折射法表征纤维的取向度353

11.1.3声速法354

11.1.4红外二色法354

11.1.5广角X射线衍射法355

11.2结晶度356

11.2.1结晶度定义356

11.2.2密度法356

11.2.3广角X射线衍射法358

11.2.4差示扫描量热法359

11.2.5红外光谱法360

11.2.6各种测结晶度方法的对比361

11.2.7研究材料结晶度的意义361

11.3接枝率362

11.3.1化学滴定法362

11.3.2傅里叶红外光谱法（FTIR）362

11.3.3核磁共振光谱法（NMR）362

11.3.4X射线衍射法（XRD）363

11.3.5元素分析法363

11.3.6X射线光电子能谱（ESCA）363

11.3.7不饱和度分析法363

11.4交联度363

11.4.1溶胀平衡法测定交联聚合物的交联度363

11.4.2动态热机械分析（DMA）定量表征聚合物交联度364

11.4.3玻璃化转变温度定量表征365

11.4.4普通回流法365

11.4.5索氏回流法366

11.5支链长度366

参考文献367