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塑料测试技术项目课程项目课程项目6测试塑料产品的硬度任务6-1：查阅文献，制定塑料产品的硬度测试方案1.任务告知：拟实现的知识目标：塑料PVC板材性能与应用，塑料PVC板材的产品标准；塑料硬度测试方法、测试原理及仪器。拟实现的能力目标了解不同用途塑料产品硬度的测试方法、仪器与结果表示；熟悉塑料产品标准。2.任务的引入PVC板材加工方法、应用是怎样的？PVC板材硬度测试方法、测试原理及仪器?测试PVC板材硬度的流程是怎样的？3.任务的实施查阅PVC板材硬度标准，制定测试方案各组阅读任务单、弄懂任务的具体要求制定完成任务的初步计划各项目经理分配任务并带领小组成员完成资料查阅任务，制定测试方案4.归纳总结各项目经理召集小组成员开会，汇总形成本组的相关资料项目总经理检查各组汇报的资料项目6测试塑料产品的硬度任务6-2：测试PVC塑料板材的洛氏硬度1.任务告知：拟实现的知识目标：塑料硬度计的结构与原理；硬度计的操作规程塑料硬度知识；塑料洛氏硬度测试的标准方法拟实现的能力目标能正确使用硬度计，选用合适的标尺、负荷和压头；能测试独立完成塑料硬度的测试，给出正确的测试报告。2.任务的引入洛氏硬度计结构有何特点？它的工作原理是怎样的？如何根据塑料产品特点选择的硬度测试方法？在操作洛氏硬度计时要注意什么？如何制备塑料洛氏硬度测试试样并预处理？如何进行塑料洛氏硬度性能测试?如何对测试数据进行处理？影响洛氏硬度测试结果因素有哪些？3.任务的实施测试PVC塑料板材的洛氏硬度指导老师讲解、示范；学生分组操作。4.归纳总结各组汇报硬度测试情况指导老师对各组的测试进行评价指导老师讲解塑料硬度洛式硬度测试硬度：表示材料抵抗其他较硬物体的压入能力，是材料软硬程度的有条件性的定量反映。硬度本身不是一个单纯而确定的物理量，而是由材料的弹性、塑性、韧性等力学性能组成的综合指标。通过硬度测量可间接了解高分子材料的其他力学性能，如磨耗、拉伸强度等。对于纤维增强塑料，可用硬度估计热固性树脂基体的固化程度，硬度测试简单、迅速，不损坏试样，有的可在施工现场进行，所以硬度可作为质量检验和工艺指标而获得广泛应用。硬度测定的方法l）材料耐顶压入能力的硬度：布氏硬度、维氏硬度、努普硬度、巴科尔硬度、邵氏硬度和球压痕硬度等。2）材料抗划痕性的硬度试验：比尔鲍姆硬度和莫斯硬度等。3）材料回弹性的硬度试验：洛氏硬度和邵氏硬度等。从加载方式分为动载法和静载法硬度试验。动载法：弹性回跳法和用冲击力把钢球压入试样的方法。静载法：以一定形状的压头平稳而又逐渐加荷，将压头压入试样，简称“压入法”。如：布氏硬度、洛氏硬度和邵氏硬度的试验方法。硬度大小与测试方法有关。如：硬度计类型、试样的形状以及测试条件等。不同方法的硬度值不可比较。一、塑料球压痕硬度试验1．试验原理把规定直径的钢球在规定的试验负荷作用下，垂直压入试样表面保持一定时间后，在负荷下测定压痕深度，并求出压痕面积，以单位面积上承受的力来表示硬度大小的试验。测试方法参照标准GB3398－82。结果表示：球压痕硬度值按下式计算：2．试验设备硬度计结构：机架、压头、加荷装置、压痕深度测量指示仪表等组成。压头为直径5mm的钢球，淬火抛光，硬度800Hv；硅码：初负荷为9.8N(1kg)试验负荷：49N(5kg）、132N(13.5kg）、358N(36.5kg）、961N(98.0kg)计时装置：指示试验负荷全部加入后读取压痕深度的时间，计时量程不小于60s。3．试样试样尺寸：50mmx50mmx4mm或φ50mmx4mm。每个测量点中心与试样边缘距离不小于10mm，各测量点中心之间的距离不小于10mm。厚度不应小于4mm，均匀、表面光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质等。4．操作①测定各级负荷下的机架变形量h2。测定时卸下压头，升起工作台使其与主轴接触，加上初负荷，调节深度指示仪表为零，再加上试验负荷，直接由压痕深度指示仪表中读取相应负荷下的机架变形量。②根据材料硬度选择适宜的试验负荷。装上压头，并把试样放在工作台上，使测试表面与加荷方向垂直接触，无冲击地加上初负荷之后，把深度指示仪表调到零点。③在2～3s内将所选择的试验负荷平稳地施加到试样上，保持负荷30s，读取压痕深度h1。④要求压痕深度在0.15~0.35mm的范围内，否则，应改变试验负荷，使达到规定的深度范围。⑤数量不少于2块，测量点数不少于10个。6．影响因素（1）硬度计的偏差产生的影响硬度值随着初负荷的增加而增加；在保持初负荷不变的条件下，改变主负荷，结果发现硬度值是随着试验负荷的增加而降低；机架变形量对硬度值的影响。在同一试验负荷下，如果机架变形量为1μm，压痕深度越小，硬度的相对误差越大，而在相同压痕深度时，试验负荷越小机架变形的影响越大；压痕深度测量装置对硬度值的影响，非常显著，是主要的误差来源。(2)测试条件和测试操作的影响试样厚度的影响，大多数试样材料的硬度值都随着试样厚度的增加而降低，试样太薄时硬度值不够稳定，厚度大于4mm后的数据较为稳定。读数时间的影响，大多数材料试样的硬度均随读数时间的增加而下降。测点距试样边缘距离的影响，试样在成型加工过程中，边缘部分与中间部分受力、受热以及表面平整度等均不相同，测点太靠近试样边缘，将导致硬度值侧试偏差，称为边缘效应。侧点间距离的影响，测点间的距离应有一定大小，否则会造成结果的不准确。二、洛氏硬度（一）测试原理用规定的压头对试样先施加初试验力，接着再施加主试验力，保留初试验力，用前后两次初试验力作用下压头压入试样的深度差h＝h3-h1计算出的硬度值。压痕深度h值越大，压入深度越深，材料的硬度值越低；h值越小，压入深度越浅，材料的硬度值越高。洛氏硬度值：HＲ——洛氏硬度值，无因次数，习惯上称“度”ｋ——常数，用钢材压头时k=130ｃ——常数，约等于0.002mmchkHR（二）测试方法1919年，美国人洛克威尔（Rockwell）提出洛氏硬度试验方法。塑料洛氏硬度试验方法标准有GB/T9342—1988，ISO2039/2—1987和ASTMD785——1989等。塑料洛氏硬度采用较小的负荷、较大的压痕器和大量程结构的硬度计。洛氏硬度标尺：由负荷的大小与压痕器直径组合构成，适用不同硬度材料的试验。洛氏硬度标尺、负荷、压痕器直径硬度标尺初负荷（N）总负荷（N）压头直径mmR98.1588.412.700±0.015L98.1588.46.350±0.015M98.1980.76.350±0.015E98.1980.73.175±0.015各标尺的洛氏硬度常数取为130。eHR130试验设备洛氏硬度仪：由机架、压头、加力机构、硬度指示器和计时装置组成。压头为维氏度至少是7MN/m2的抛光钢球，钢球在轴套孔中能自由滑动，试验时不应有变形。硬度指示器能测量压头压入深度到0.001mm，每一分度值等于0.002mm。计时装置能指示初试验力、主试验力全部加上时及卸除主试验力后，到读取硬度值时，总试验力的保持时间，计时量程不大于60s。测试步骤选定试验标尺，所测的洛氏硬度值应在标尺的50～115之间，并核对主负荷、预负荷及压痕器直径使之与所选标尺相符。将试样放在工作台上，施加初负荷，调整千分表到零点；保持10s后施加主负荷，保持15s卸去主负荷（保留初负荷），测量压入深度。结果计算：（1）按下式计算洛氏硬度值:HR＝130-e式中：e——卸去主负荷后的压入深度，每单位为0.002mm（2）直接用硬度读数盘读取硬度值。洛氏硬度值须在数字前应加上前缀标尺字母。（三）影响因素l）试验仪器的影响机架的变形量超过标准；主轴倾斜；压头夹持方式不正常；加荷不平稳以及压头轴线偏移等。2）测试温度的影响随着测试温度的上升，各种塑料材料的洛氏硬度值都将下降，尤其是对热塑性塑料的影响更为显著。3）试样厚度的影响试样厚度小于6mm时，对硬度值的影响较大；试样厚度大于6mm时对硬度值的影响较小。规定试样厚度不得小于6mm。4）主试验力保持时间的影响塑料属于黏弹性材料，在试验载荷作用下，试样的压痕深度随加荷时间的增加而增加，硬度值随着降低。低硬度材料的影响较高硬度材料的明显。5）读数时间的影响主试验力卸除后，试样压痕将产生弹性恢复，有一定时间，因此卸荷后距读数时间越长，压痕的弹性恢复时间也越长，侧得的硬度值应当偏高。塑料板材邵氏硬度测试拓展训练:邵氏硬度测试1.邵氏硬度计测试原理具有一定形状的钢制压针，在试验力作用下垂直压入试样表面，当压足表面与试样表面完全贴合时，压针尖端面相对压足平面有一定的伸出长度L，以L值的大小来表征邵氏硬度的大小,L值越大，表示邵尔硬度越低，反之越高.计算公式为：HA=100-L/0.025；HD=100-L/0.025；HC=100-L/0.025式中HA为邵氏A硬度.2.邵氏硬度计的分类和应用：邵氏硬度计主要分为三类：即A型，C型和D型。它们的测量原理完全相同，所不同的是测量针的尺寸不同。（1）A型的针尖直径为7.9mm，邵A型硬度计用来测量软塑料、橡胶、合成橡胶、毡、皮革、打印胶辊的硬度；（2）D型的针尖直径为0.2mm.即半径为R0.1。邵D型硬度计用来测量包括硬塑料和硬橡胶的硬度，例如:热塑性塑料,硬树脂，地板材料，保龄球等，特别适合于现场对橡胶和塑料成品的硬度测量。（3）C型的测针是一个圆球。邵氏C型硬度计用来测量泡沫材料和海绵等软性材料。3.试验设备结构硬度计主要由读书盘、压针、下压板及对压针施加压力的弹簧组成。(1)读数度盘：为100分度，每个分度为一个邵氏硬度值。当压针端部与下压板处于同一水平面时，硬度计度盘应指示“100”。当压针完全伸出时，硬度计度盘应指示为“0”。（2)弹簧力：压力弹簧对压针所施加的力应与压针伸出压板位移量有恒定的线性关系。其大小与硬度计指针所指刻度的关系如下式所示：(3)下压板：为硬度计与试样接触的平面，它应有直径小于12毫米的表面。在进行硬度测量时，该平面对试样施加规定的压力，并于试样均匀接触。注：硬度计的测定范围为20~90之间。当试样用A型硬度计测量硬度值大于90时，改用邵氏D型硬度计测量硬度。用D型硬度计测量硬度值低于20时，改用A型硬度计测量。4.试样制备和要求(1).试样厚度均匀，表面光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质。(2).用A型硬度，试样厚度应小于5毫米。用D型硬度计测定硬度，试样厚度应不小于3毫米。注：试样允许用两层，最多不能超过三层叠合所需厚度，并保证各层之间接触良好。(3).试样大小应保证每个测量点与试样边缘距离不小于12毫米，各测量点之间的距离不小于6毫米。(4).每组试样测量点数不少于5个，可以在一个或几个试样上进行。5.试样步骤(1).校准：在使用过程中压针的形状和弹簧的性能会发生变化，因此对硬度计的弹簧压力，压针伸出最大值及压针形状和尺寸应定期检查校准。(2).对试样进行环境调整。对于硬度与湿度无关的材料实验前，试样应在试验环境中至少放置1小时。5.试样步骤(3).安装;将硬度计垂直安装在硬度计支架上，用厚度均匀的玻璃片放在试样平台上，在相应的重锤作用下使硬度计下压板与玻璃片完全接触，此时读书盘指针应指示“100”。当指针完全离开玻璃片时，指针应指示’0”.允许最大偏差为±1个邵氏硬度值。(4).把试样置于测定架的试样平台上，使压针头离试样边缘至少12毫米，平稳无冲击地使硬度计在规定重锤的作用下压在试样上，从下压板与试样完全接触15秒后立即读数。如果规定要瞬时读数，则在下压板与试样完全接触后1秒内读数。(5).在试样上相隔6毫米以上的不同点测量硬度5次。取算术平均值。6.试验结果的计算与表示(1).读数盘上得到的读数即为所测定的邵氏硬度值。用符号HA或HD分别表示邵氏
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