聚氨酯泡沫塑料的性能测试.docx
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聚氨酯泡沫塑料的性能测试
聚氨酯泡沫塑料的性能测试
材料性能的测试和分析是认识、鉴别材料的唯一手段，是了解其基本性能、建立性能与结构关系，为材料配方、加工和使用提供充分和必要条件的“数据库”。
同一材料、同种性能的测试方法，结果表征都可能有多种方式，为了能有效地进行不同体系的配方比较、生产上的品质控制和质量验收，以及在应用中作为性能指标和工程设计的数据，在实际检测中形成了一系列统一的、规范的概念。
一、检测中的数据处理与误差分析
1.数据位数：
有效数字，在测试中，由于测量总含有误差，测得的数值总是近似数，因
此，表示测量结果数字的位数不宜大多，也不宜太少。
太多容易使人误认为精度很高，太少则会损失精度。
例：
如果测量结晶L的极限误差是某一位上的半个单位，该位到L的左起第一个非零数字一共有几位数，则我们说L有几位有效数字。
2.数字舍入规则：
当实验结果由于计算或其它原因位数较多时，须采用以下的舍入规则进行：
舍去部分的数值，大于
0.5，则末位加1；反之末位不变；末位数等于
0.5时则奇进偶不进。
3.误差：
对一个物理量测量后，测量结果与该物理量真实值大小之间的差异。
即误差=（测量值）-（真实值），这里真实值可以是绝对正确的值，也可以是标称值，更多的则是精确度较高的测量值。
1）绝对和相对误差：
其中，绝对误差指误差的绝对值，绝对误差=1测量值-真实值I。
相对误差指误差与真实值的比较，相对误差=误差/真实值眾差/测量值
2）误差的种类：
从误差的性质来看，误差可以分为四种：
偶然误差：
单项测量时，误差可大可小，可正可负，但多项测量后，其平均值趋于零的误差。
系统误差：
服从某一确定规律的误差。
综合误差：
偶然误差与系统误差的合成。
粗差：
明显歪曲测量结果的误差。
在测量结果中是不允许存在的。
4.精度：
实际上是误差的另一种说法，它反映测量结果与其真实值接近的程度。
精度高的实验其误差小。
精度又分为：
1）精密度：
表示实测值彼此之间一致的程度。
反映偶然误差大小的程度。
2）准确度：
表示实测值与其“实际”值或“真实”值的接近程度，反映系统误差大小的程度。
3）精确度：
反映综合误差大小的程度平时常说的精度如何是指精密度。
5.实验数据的整理和取舍由于种种原因，试验数据都有分散性。
这些数据的总体有一定的概率分布，并具有特征值，在一定的概率分布
下，如能获得总体的特征值，也就知道了总体的全貌。
样本取自于总体，也能反映总体的基本情况，因此整理数据的最简单的方法是计算试验结果和平均值。
二、测试标准与标准化
1.概况为了测试数据相互可比，要求测试方法的技术条件和操作方法统一化、标准化、设备仪器定型化，根据这些方法的完善程度，国内外形成了一整套标准化体系：
国际标准、区域性标准、军用标准、国家标准、专业标准等五大类，有些
国家的产业标准还包括主管部门标准、企业标准和同行间通用标准等。
其中，国家标准指对全国经济发展有重大意义而必须在全国范围内统一的标准，相对于本国而言，它是最高形式的标准，但不意味着指标是最高的，而是必须达到的起码要求。
1）专业标准：
指全国的各专业部门范围内统一的标准，由相应的部门组织制定、审批和发布。
2）企业标准：
指地方或企业所制定的标准，可根据自身产品物性或用户和市场需求，制定比国家标准更高、更严的标准。
2.化工标准化由于化学工业是一个自动化程度高、生产复杂、流程长、耗能大、腐蚀性和危险性较大并对人民生活环境、人民身体健康有破坏的自成系统的工业，已在发展过程中建立起完整的标准体系，根据以上特点可分为化工产品标准化和化工测试方法标准化，化工测试方法的标准化是化工标准化的重点，大体上可分为现场测试、仲裁测试、测试方法的系列化和通用化、以及模拟试验方法等。
3.主要技术标准及表征我国标准的代号一律用两个汉语拼音字母表示，如国标GB（GuoBiao的缩写），化学工业标准HG,轻工业部标准QB等，企业标准：
以Q（企）为分子，企业区分号为分母。
国际标准化组织（ISO—InternationelOsganiztionforStandardixation）是世界上最大的国际性标准化专业机构。
集中了138个国家的全国标准化机构，拥有数十万专家。
ISO成立于1947年，我国亦以中国标准化协会（简称CAS名义，于1978年9月1日成为其中一员，参与了大量的工作。
ISO标准的编号是ISO+顺序号+制定年份。
我国的大多数现行标准都是参照或等效乃至完全等同采用ISO标准制定。
随着加入WTO,与国际市场的进一步接轨，我们的各方面标准也必须实现与国际标准一致性同步发展。
三、聚氨酯软、硬泡性能测试
1.准备工作泡沫塑料成品性能的检测是一件细致而精确的工作，试样在进行
测定之前，必须充分作好准备工作，以使测试工作符合要求。
（1）取样聚氨酯泡沫塑料的试样一般都需从大样中截取，经加工制成标准尺寸的试片。
试样的截取部分和质量对测定结果有很大影响。
硬质泡沫塑料质地较脆，加工不当容易出现裂纹、崩口等缺陷。
软质泡沫塑料质地柔软，成型较困难。
在加工时对不同材料应该选择不同的、合理的加工条件。
硬泡立切机采用带锯，软泡分为平切机和立切机，不建议使用电热丝。
刀具、加工速度和加工方式都要仔细选择。
有缺陷的样品不要采用或经处理后方可采用。
模塑制品一般应该去皮，因为表皮和中心的物性差距很大。
测试采用的样品特别注明外，一律指不带皮的样品。
试样的尺寸要严格按照规定，以使数据有可比性。
试样的尺寸不一样，结果常会不同。
试样的尺寸对力学性能的测定和影响尤为显著。
例如压缩性能，若试片的长/高比不同，压缩特性也不同。
而拉伸强度的大小和试样的有效宽度有很大的关系。
加工试样时应注意不使加工过程中的热量影响试样的性能，以免结果失真。
取样的方向性也很重要，对于硬质泡沫塑料，诸如现场喷涂发泡材料及冰箱、冰柜等浇注泡沫等，在做力学性能、导热性能，以及尺寸稳定性等都有很大的方向差异，平行于发泡方向和垂直于发泡方向之间差别可以高达30%。
（2）试片预处理外界条件如温度、湿度和放置时间等对测试结果都有较明显的影响，所以在正式测定之前，必须对试片进行预处理，使其达到标准的温度和湿度。
般采用下列条件进行处理。
温度为（20±2C，相对湿度为（65±5%;温度为（23±2C，相对湿度为（50±5%;温度为（27±2C，相对湿度为（65±5%。
除特别注明外，一般采用（23±2C,相对湿度为（50±5%，处理时间24h以上。
测试的环境温度为（23±2C,相对湿度（50±5%。
（3）测试误差的校正产生误差的主要原因是测试方法的准确度和精确度、测试仪器的质量和测试人员的熟练程度。
当测定结果产生了明显的误差时，要从各方面寻找原因，予以纠正。
2.测试方法聚氨酯软质、硬质、半硬泡、自结皮、慢回弹等泡沫塑料的测试
因其结构、外观状态乃至用途的不同，所测试项目及测试方法都有差异。
目前对于硬质泡沫（喷涂、管道、板材、冰箱、冰柜等不同发泡形式、不
同用途材料），常用的评价其性能的项目有：
密度，拉伸强度、伸长率、弯曲强度、压缩强度、导热系数、吸水率、水蒸气透过率、开孔率、线性膨胀系数等；对于软质泡沫（热塑性、冷模塑等），常用的评价其性能的项目有：
密度、拉伸强度、伸长率、撕裂强度、回弹性、压缩永久变形、压陷硬
度，更进一步的有反复压缩疲劳试验、干、湿热老化试验等。
相对于自结皮，半硬泡，慢回弹等比较新型的材料，国家及相关行业还没有相应的标准确定统一的评价手段，基本根据其用途、市场需要分别参照软、硬泡测试标准及方法进行试验，增加一些测定自结皮厚度、韧性、耐磨性、压缩复原时间等反映这类材料特殊性能的方法。
现阶段对于材料阻燃性能非常重视，常用评价方法有：
氧指数、水平燃烧、垂直燃烧、45°燃烧、烟密度等。
正在制定中的《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求及标识》及正在修定的GB8624《建筑材料燃烧性能分级方法》标准中都提到用锥形量热仪（测定材料燃烧热释放速率；质量损失率；产烟性、一氧化碳和二氧化碳产生率等）评价材料阻燃性能。
但由于仪器昂贵、测试过程复杂、推广普及困难还有待推广和验证。
面依次说明：
常用测试方法标准号及基本内容。
2.1密度本方法按GB/T6343—95标准执行。
1）定义表观密度：
单位体积泡沫材料在规定温度和相对湿度时的质量。
表观芯密度：
去除模制时形成的全部表皮后，单位体积泡沫材料的质量，不包括模制时形成的外部表皮。
体积密度：
在规定条件下，单位体积泡沫材料的质量，包括可渗透和不可渗透空隙的泡沫材料软件。
（2）试样尺寸软质或半硬质材料试样的体积至少100cm3;硬质材料，试样
的总表面积至少100cm
3。
3）操作在分析天平上精确称取试样的重量，精确到
0.01g,用千分卡尺游标卡尺测量样品的尺寸。
精确到
0.1mm。
每个样品测量三次,至少测定五个样品。
取其平均值。
4）计算按下式计算（标准测试结果表征单位为：
kg/m3）
2.2拉伸强度本法按GB6344—
96、GB9641—88标准执行。
1）定义拉伸试样至断裂时所施加的最大拉伸应力。
2）试样的制备硬泡样品：
硬质泡沫塑料质地较脆,不宜采用冲切法截取试样。
5个样
先用立切裁样机制出检测厚度的样片,再用钢锯或裁纸刀裁取样品,然后在砂纸上磨制成规定的尺寸,或用专用夹具按规定方法进行制样,至少品。
试样的形状和尺寸见图
1。
所有试片的表面不得有明显的裂缝或缺陷。
试样厚度10〜15mm，试样尺寸见图。
拉伸速率为500±50mm/mm。
（3）操作测量试片横切面的长度和宽度，取几个点，记录最小数值，准确至
0.05mm。
试片置于拉力机的夹具上，选择合适的载荷范围和拉伸速度。
慢慢调节样品在中心轴上，开动仪器，记下负荷计数，测定和记录试片断裂时的负荷数值，软泡试样应记录试样断裂前瞬间两基准线内侧线间的距离，剔除断裂在标距外的试样。
同一试样至少测定5个不同部位的样品，取平均值。
4）计算按下式计算：
标准测试结果表征单位为：
kPa）式中F--断裂荷载，N;A--平均截面积，mm
2。
图2软泡拉伸强度试片尺寸
2.3伸长率（扯断伸长率）
（1）定义试样断裂时的伸长百分率
（2）试样的制备和尺寸同
2.2。
3）操作同
2.2。
（4）计算根据GB/T6344—86，按下式计算:
式中L0--试片原始标线间的距离,mm；L1--试样断裂时标线间的距离,
mm。
2.4撕裂强度本法GB108—89标准执行。
1）试样尺寸见图
3。
试样应从中心部位切取，无空隙块状物或不均匀大泡孔等。
试样一端切一40mm长的切口。
AB的尺寸为试样厚度，厚度的方向为泡沫上升的方向。
试样数量至少3个。
图3撕裂强度试片尺寸
（2）操作按AB方向测量试样厚度，每个试样测量三点，取平均值。
将试样张开，夹在仪器的夹具上，以50~200mm/min的速度施加负荷。
用刀片切割试样,保持刀口在中心位置,记录试样断裂或至少撕裂50mm后的最大值。
3）计算按下式计算，取算术平均值。
cm。
式中F--测得的最大力值，N；T--试样的平均厚度，
2.5回弹性本法按GB/T6670—1997标准执行。
（1）原理给出重量和直径的钢球在规定高度上自由落在试样上,钢球被回弹的最大高度和钢球落于高度比值的百分率即回弹率。
用回弹率表示泡沫塑料的回弹性能。
（2）试样尺寸长100mm,宽100口口，高（50+20）mm，上下两表面应相互平行，试样不带表皮。
（3）仪器数字显示落球回弹仪，钢球直径①
16.0〜
0.15（
16.3g）mm。
钢球落下距离460mm（指钢球底部至试样表面）。
（4操作将试样水平置于回弹仪的测试位置上，通过调节使钢球从固定位置到泡沫塑料试样表面的落下高度为460mm。
在释放装置上固定钢球，然后使钢球自由落下，对每个试样做3次回弹，取3次回弹中的最大值。
每次回弹钢球应落在试样表面的同一位置上，两次回弹的时间间隔应控制在20s之内。
如果钢球在回弹过程中碰到或弹出测量装置，所得数据无效，需重新测定。
5）计算测试结果以3个试样的算术平均值表示，取两位有效数字。
式中R--回弹率，%；H--钢球回弹高度；H0--钢球落下高度，460mm。
2.6压缩永久变形本法按GB/T6669-86标准执行。
（1原理在规定的温度下，使泡沫材料在一定时间内维持恒定的形变，待试样回复一段时间后，观察形变对试样厚度的影响。
用试样的初始厚度与最终厚度之差与试样初始厚度之比的百分率来表示该材料的压缩永久变形。
（2）试样尺寸长（50±1口口，宽（50±1口口，厚（25±1mm，顶面与底面互相平行，相邻各边互相垂直，无污染，垂直边不带表皮。
薄型材料的试样应叠合在一起，其总厚度至少是25mm，名试样之间用玻
璃片隔开。
测试时，整个组合件作为单个试样。
试样数目为5个。
（3）仪器和设备压缩装置由两片大于试样尺寸的平板、定位件和夹具组成。
测试过程中，两平板应相互平行和不变形。
两平板间的距离可按所需的形变高度进行调节。
测定薄形材料时，应备有必要数量的正方形玻璃片，玻璃片的厚度为1.0~
1.5mm,边长为50~55mm。
4）操作测定试样的初始厚度（dO）。
若是薄型材料，其初始厚度（dO）是在水平位置测得组合试样的总厚度中扣除下玻璃片的厚度而得到的。
把试样或组合试样置于压缩装置的两平板之间,将试样压缩至其初始厚度的50%或75%,并维持此条件。
在15min内将已压缩的试样置于（70±1C的烘箱内并维持22h。
从烘箱内取出压缩装置并在1min内从装置中取出试样，放置于低热导率如木板）的平面上。
物体表面的温度应是实验室室温。
若是薄型材料,应取出试样中的玻璃片。
然后将试样放置于与状态调节同样的温度环境中30min。
测定试样的最终厚度（dr）。
若是薄形材料再按原样放置玻璃片。
从组合试样的总厚度中扣除玻璃片的厚度算出试样最终厚度（dr）。
用此法测出的是在70C中压缩永久变形。
此外也可在标准状态调节温度，在此环境中压缩，步骤相同，但试样应在该温度下压缩70h也可采用特殊规定的压缩时间、温度和压缩量。
5）计算按下式计算压缩永久变形：
式中P--压缩永久变形，%；d0--试样的初始厚度，mm；dr--试样的最终厚度，mm。
结果应标明测试条件（压缩量，时间，温度），取平均值。
2.7软泡压陷硬度本法按GB/T10807-89标准执行。
1）定义泡沫材料在规定的压陷作用下所产生的抗压陷力。
2）仪器压陷试验机，支撑板，压头，压陷速度（100±20）mm/min。
（3）试样尺寸制品的试样尺寸可按要求制定，一般可取四边长
3800+20mm,厚（50±2mm，不足50mm的片材应叠加，使之尽可能接近50mm，但叠加片板的结果与未叠加的有所不同。
（4）操作测量状态已调节好的试样的尺寸，把试验放在支撑板上，使试样中心或供需双方商定的位置位于压头中心。
一侧有凹的试样应让凹面向着支撑板。
压头缓缓下降，对试样施加50-2N的力，取该点为零点，使压头以
100±20）mm/min的速度压试样，压入试样厚度的（70±
2.5）%，再以同等速度卸除负荷，重复加压，卸荷三次，完成这样的预压
之后，立即将压头压入试样厚度的（25±1%，保持（30±1S,测得力值。
按同样分别测得压入试样厚度的（40±1）%和（65±1）%的力值。
5）计算
2.8压缩强度本法按GB/T8812—88标准执行。
（1）定义在试样上施加压缩载荷至材料发生破坏或产生屈服现象时，单位面积材料所能承受的载荷。
压缩强度对硬泡特别重要，通常用它来衡量硬泡的耐压性能。
2）仪器压缩试验机，其力和位移的范围应能满足测试要求。
须备有两块表面抛光且不会变形的方形或圆形的平行板。
板的边长或直径至少为100mm，其中一块是固定的，而另一块可按规定条件作恒速移动。
（3）试片尺寸50mnK50mnK50mm,或面积在25—230cm2之间，圆形或正方形均可，厚度在（50±1mm，表皮应除去。
厚度也可以原厚，但至少为10mm,最厚不超过试样的宽度或直径。
不同厚度的试样测得的结果无可比性。
4）操作测量试样尺寸，准至
0.05mm，至少测三点，取平均值。
将试样放在压板间,按规定的速度施加压缩载荷。
相对形变至少要达到10%。
试样破坏后，记录载荷数。
对于韧性材料，读取表针第一次停顿时的载荷，若样品有各向异性时，必须对尺寸完全一样的样品对照测试。
5）计算按下式计算：
式中P--试样破坏时载荷值，N；F--试样截面积，cm
2。
2.9弯曲强度本法按GB/T8812—88标准执行。
1）定义将试样置于支座上，以一定的速率对试样施加负荷。
记录试样在规定形变时的负荷值或断裂负荷值。
本标准的加荷方式不使样品产生纯弯曲变形,故不能计算其弯曲强度和表观弯曲模量。
2）试样尺寸长度（120±
1.2）mm，宽度（25士
0.25）mm,厚度（20士
0.20）mm。
制样时不应使泡孔结构变形。
试样可以一面或多面带表皮。
样品至少5个。
当怀疑试样是各向异性时,应制备两组试样,其轴线分别平行和垂直于泡孔伸长的方向。
加荷压头和支座顶面应是圆柱形表面,圆弧半径为（5士
0.2）mm，两支座跨距（100士）mm，加荷压头位于度样的中央。
3）操作将试样置于支座中间,使试样的高与加荷方向一致。
加荷压头以最小的压力与试样接触,记录此位置并作为试样形变的零位点。
加荷压头以（10±2mm/min的速率对试样施加负荷。
注意并记录试样形变（20士
0.2）mm时的负荷值。
如果试样在形变达到20mm之前已损坏，则记录试样的断裂力和断裂点的形变。
（4）计算根据GB9340-88，按下式计算:
式中P--最大载荷，N；L--试样跨度，cm；b--试样宽度，cm；d--试样厚度，cm。
在GB/T8812中，结果表征是直接用弯曲力（N）—20mm形变时负荷；弯曲断裂力（N）--断裂点的形变量（mm）。
2.10硬泡尺寸稳定性本方法按GB/T8811—88标准执行
（1）原理将试样在规定的试验条件下放置一定时间，并在标准环境下进行状态调节后，测定其线性尺寸发生的变化。
（2）试样尺寸长（100±1mm,宽（100±1mm，厚度（25士
0.5）mm，每种样品至少测定三个试样，试样表面平整无裂纹，除特别规定的试样均不带表皮。
3）仪器恒温或恒温恒湿试验箱。
（4）操作按GB/T6342标准规定的方法，测量每个试样三个不同位置的长
度（L
1、
L
2、
L3）
、宽度（W
1、
W
2、
W3）
及五个不同点的厚度（T
1、
T
2、
T
3、T
4、T5）,如图4所示。
图4尺寸稳定性测试样尺寸的位置根据需要或规定选择条件进行试验，
如:
（-25±3C、（70±2C、（-10±3C、（85±2C、（40±2C、
（150±3C。
当选择相对湿度为90%〜100%时，使用如下条件:
（40±2c、（70±2C。
测定试验时间，放置试片时注意不要将试片直接置于加热元件上，保持各试样之间的间隔。
试验时间完成后，将试片在（23±2C,相对湿度45%〜55%的条件下放置1h,测量试样的尺寸并观察试样的变化。
（5）计算按下式计算式中£LeW分别为试样长、宽、厚度的尺寸变化率%,L
0、W
0、T0分别为试样试验前的平均长、宽、厚度mm,Lt、Wt、Tt分别为试样试验后的平均长、宽、厚度mm。
2.11硬泡线膨胀系数
（1）定义温度变化1C时，试样的长度变化值与原始长度值之比。
本法按GB1036—89标准执行。
（2）试片尺寸长度为50〜100mm的圆柱形或方形、长方形的试样。
各向同性的试样可从样块中任意截取，各向异性的试样应从同一方向截取，试样数目为三个。
3）仪器石英管立式膨胀计，千分表，恒温箱。
4）操作测定室温下试样的长度。
将试样装入膨胀计，使试样和石英管内管处于同一轴线上。
将膨胀计置于恒温箱内，在-30〜30C的温度范围内记录试样长度的变化。
每一区间要待指针稳定后方可记录。
（5）计算根据GB/T1036-89，按下式计算膨胀系数:
线膨胀系数=式中L-室温时试片的长度，mm;△L--驻L--试样膨胀值和收缩值的算术平均值，mm;△T--驻T--两个恒温箱温度的平均值，C。
2.12吸水率本法按GB/T8810—88标准执行。
1）定义单位体积内的吸水量。
（2）试片尺寸长方形试样150mnK150mm,体积不小于500cm3,试验前在干燥器中干燥，每隔12h称重一次，直至连续两次称重之差不大于其平均值的1%。
3）操作测定试样的长、宽、厚并称其重量以及表面气泡的平均弦长。
将试片置于（23±2C的蒸馏水中，要完全浸入水内，共96h,浸泡完毕后再称重。
4）计算试样浸泡后没有明显的非均匀溶胀现象时，计算公式如下:
式中m1--试样质量，g；m2--金属器皿的质量，g；m3--浸在水中并装有试样的器皿的体积，cm3；V1--试样浸泡后的体积，cm3；V0--试样的初始体积，cm3;V2--切割面泡孔体积，cm3;p-23C时水的密度，
0.9975g/mL。
2.13导热系数本法按GB/T3399-82标准执行。
现在引用比较多的是GB/T10294—88/GB/T10295—
单位厚度、温差为1C时在单
5mm,最大厚度根据仪器确
无裂纹缺陷。
88。
（1）定义在稳定情况下，垂直于单位面积、
位时间内通过的热流，以W/（m?
K）计。
（2）试样尺寸正方形或圆形，厚度不小于定，应不超过其直径或边长的1/8，试样平整，
3）仪器平板热导仪。
（4）操作准确测量试片的尺寸，将调节过状态的试样置于仪器的冷热板之间，试样应与冷热板紧密接触，使冷热板维持恒定温度，保持所选定的温度差，当加热板温度达到稳态时，每隔30min连续三次测量通过有效传热面积的热量和试样两面的温差。
各次测定值与平均值之差小于1%时即可结束试验。
再测定试片厚度。
取试验前后试样厚度的平均值为试样厚度。
（5）计算根据GB/T3399-82，热导率的导热系数入姿计算如下:
式中：
Q――稳态时通过试样有效传热面的热量，J;d――试样厚度，m;s――试样有效传热面积，m2;△z――测定时间间隔，h;△t――热板和冷板之间的温度差，K。
2.1
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