塑料测试技术

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项目 10 测试塑料的燃烧性能 任务 10-1 ：检索并处理文献，制定氧指数测试方案

1. 任务告知：

拟实现的知识目标： 塑料的结构与燃烧，塑料燃烧性能测试标准。 拟实现的能力目标了解塑料的燃烧性能测试方法。

2. 任务的引入

PC 产品加工方法、应用是怎样的？ PC 有什么特点 ?

为什么要测试塑料产品燃烧性能 ?

塑料产品燃烧性能测试方法、测试原理及仪器 ?

测试 PC 塑料燃烧性能的流程是怎样的？

3. 任务的实施 查阅塑料产品燃烧性能标准，制定氧指数测试方案

各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各

各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各各

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 10 测试塑料的燃烧性能 任务 10-2 ：熟悉氧指数仪的操作

1. 任务告知：

拟实现的知识目标： 氧指数仪的结构与工作原理 。 拟实现的能力目标 能操作氧指数仪； 会调节氧、氮的浓度。

2. 任务的引入

氧指数仪结构有何特点？它的工作原理是怎样的？

在操作氧指数仪时要注意什么？ 氧指数仪常见的故障有哪些？如何排除？

3. 任务的实施 熟悉氧指数仪的操作

各各各各各各各各各各

各各各各各各

4. 归纳总结

各组汇报操作心得

指导老师对各组的工作进行评价

项目 10 测试塑料的燃烧性能 任务 10-3 ：测试 ABS 塑料板材的氧指数

1. 任务告知：

拟实现的知识目标： 氧指数测试方法与原理，测试的标准； 测试数据处理； 塑料燃烧性能的判断原理。拟实现的能力目标 能制备的测试试样，并对试样的预处理； 能完成 ABS 塑料板材的氧指数的测试操作； 能根据测试结果评判其燃烧性能； 会处理测试的数据，并给出测试报告

2. 任务的引入

如何制备燃烧性能测试试样 ?

如何对测试试样进行预处理？ 如何进行塑料燃烧性能测试 ?

如何对测试数据进行处理？ 影响燃烧性能测试结果因素有哪些？ 如何根据测试结果评判 ABS 燃烧性能 ?

3. 任务的实施 测试 ABS 塑料板材的氧指数

各各各各各各各各各

各各各各 ABS 各各各各各各各各

4. 归纳总结

各组汇报 ABS 塑料板材的氧指数测试情况

指导老师对各组的测试进行评价

指导老师讲解塑料燃烧性能

燃烧性能测试的意义

随着高分子材料迅猛发展，各种高分子材料广泛应用人们日常的生活中。

高分子材料的易燃性，而且在燃烧过程中会产生烟雾和有毒气体，对人民的生命和财产带来危害。

对高分子材料燃烧性能的测试可以帮助、指导我们对材料进行阻燃研究，规范阻燃高分子材料的生产。

任务导入

燃烧性能是指材料燃烧或遇火时所发生的一切物理和化学变化，这项性能由材料表面的着火性和火焰传播性、发热、发烟、炭化、失重，以及毒性生成物的产生等特性来衡量。

材料的阻燃性能直接影响材料的使用。

认识任务

聚碳酸酯 (PC) 树脂是一种综合性能优良的热塑性工程塑料 , 具有突出的抗冲击能力、耐热性和尺寸稳定性等特性 , 是近年来增长速度最快的通用工程塑料品种之一 , 其树脂销量已经位居 5 大通用工程塑料之首 , 广泛应用于汽车、电子、电气、建筑、办公设备、包装、运动器材和医疗保健等领域。由于电子、电气和办公设备等领域对材料阻燃性的高要求 , 必须对 PC 进行阻燃处理 ,而燃烧性能测试是进行阻燃研究的必要手段。

日用品

图 1. 调料瓶

图 2. 照明设备 图 3. 热水壶

项目任务表

任务名称 主要设备与材料 要求 聚碳酸酯材料的氧指数测定

烘干箱；注塑机；燃烧筒；试样夹；气源；气体流量计和控制系统；点火器；秒表；通风橱；PC

1. 掌握注塑机的使用方法

2. 了解 PC 样品的注塑条件

3. 掌握氧指数测试的步骤和设备的使用技巧，分析处理实验数据

任务名称 主要设备与材料 要求 聚碳酸酯材料的水平燃烧性能

烘干箱；注塑机；燃烧箱；试样夹；气源；本生灯；点火器；（秒表）；脱脂棉；卡尺； PC

1.掌握注塑机的使用方法2.了解 PC样品的注塑条件3.掌握本生灯的使用和注意事项4.掌握水平燃烧性能测试的步骤和注意事项5.分析处理实验数据

聚碳酸酯材料的垂直燃烧性能

同水平燃烧性能测试设备和原料； PC

1.掌握注塑机的使用方法2.了解 PC样品的注塑条件3.掌握本生灯的使用和注意事项4.掌握水平燃烧性能测试的步骤和注意事项5.分析处理实验数据

认识 PC

1.PC 的性能特点：聚碳酸酯是一种无定型的热塑性塑料，无色透明，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。

2.PC 的生产加工3.PC 的应用 : 生活用品、电气、汽车产品

等

认识燃烧性能测试的方法测试方法 测试标准

炽热棒法 GB 2407 ； IS0181 ； ASTM D757 ； BS2782方法 508E

氧指数法 GB2406 ； IS04589 ； ASTMD2863 ； BS2782 方法 141A至 141D

水平燃烧法 GB2408 ； IS01210 ； ASTM D635 ； BS2782 方法 508A

烟密度法 GB8323 ； ASTM D2843

点着温度法 GB4610

氧指数燃烧性能测试

氧指数系指在规定条件下，塑料试样在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积百分数表示。

氧指数法具有重现性好，数字表现材料燃烧性能，准确直观的特点得到普遍应用。该方法适用于自支撑材料、薄膜、泡沫塑料等。

一、测试方法

氧指数法燃烧性能测试是测定在一定条件下维持塑料材料燃烧所需的最小氧气浓度。在实验中，将一小试样垂直固定于透明燃烧筒中的试样夹上，在氧、氮混合气通过透明燃烧筒时，点燃试样的上端，观察试样继后的燃烧情形。把试样连续燃烧的时间或试样烧掉的长度与为这种燃烧所规定的极限比较，在不同的氧浓度下依次试验，以测定最低氧浓度，或者在不同的氧浓度中试验一组试样，以测定最低氧浓度。

二、实验装置

根据国家标准 GB2406-80 要求，氧指数燃烧性能测试法所采用的仪器主要由燃烧筒、试样夹、气源、气体流量计和控制系统、点火器、计时装置、排烟系统等构成。

氧指数燃烧实验装置

1- 燃烧着的试样；2- 带杆状支架的夹具3- 点火器； 4-金属丝网；5-支架； 6-柱内玻璃珠7-铜底盘； 8-三通管；9-截止阀； 10-支持器

内小孔；11-压力表； 12-精密压

力调节器13- 过滤器； 14-针型阀；

15-转子流量计

三、氧指数浓度计算

――最低氧浓度下氧气体积流量， mm3/min

――氮气的体积流量， mm3/min

％＋

＝ 100][][

][

22

2 NO

OOI

][2O

][2N

四、试样尺寸

氧指数燃烧性能测试试样：一般用 150mm×4mm×10mm 。

试样平整光滑、表面无气泡、飞边、毛刺等缺陷。每组试样应准备 5～ 10个。

试样制备

GBT 5471-2008 塑料 热固性塑料试样的压塑

GBT 9352-2008 塑料 热塑性塑料材料试样的压塑

五、试验步骤： 1. 测试样品，在自然环境中调节 48小时； 2．对氧指数燃烧性能测试样品编号整理，在试样宽面距顶端 50mm 处画标线；

3. 将试样垂直装在试样夹上，并罩上燃烧筒； 4. 打开氧气、氮气，调节流量阀门使流入燃烧筒的氧、氮混合气体达到估计氧浓度；

5. 让调节好的气体在燃烧筒内流动 30s ，清除其中空气； 6. 打开燃烧气源，点燃点火器，调节火焰长度； 7. 用点火器点燃试样上端，确认试样上端完全燃烧后撤走点火器；

8 .开始计时，观察燃烧、记录燃烧现象； 9. 燃烧结束后，换试样，根据燃烧现象调节氧气浓度，

重复 3～ 8 步骤。

六、氧指数法影响因素与讨论

实验的影响因素较多，现对主要因素进行分析 (1) 气体流速 试验时，气体流速越大，单位时间内通过

燃烧筒的氧气量越大，这将有助于试样的燃烧；而另一方面，过大的气体流速，带走大量热量，影响燃烧。所以试验时，气体流速应精确控制。为此，每隔一段时间 (ISO认为最长不超过 6个月 )即要对气体流速控制进行校正。可以采用水封鼓风式旋转计 (湿式流量计 ) 或其它等效装置进行校验。

(2) 氧浓度控制 显然，氧浓度的提高有利于试样的燃烧，反之，则不利于试样的燃烧。为此，氧浓度的控制及气体系统接头应定期校验 (1SO 认为氧浓度控制系统的校验最长周期不应超过 6个月 ) 。校验方法可以是从燃烧简筒取样进行分析，也可以使用经校正过的氧分析仪进行分析。

氧指数法影响因素与讨论

(3) 试样尺寸及制备 试样燃烧的速率与试样形状、尺寸及制备方法有关。如试样的厚度越小，越易点燃和燃烧。又如试样材料的不均匀将导致点火的难易和燃烧行为的不同。因此，试样尺寸应精确测量并在规定范围内。在要求严格时，就应考虑试样的制备方法及其预处理。

(4) 压强控制 有些聚合物其氧指数表现对减压敏感，这可能由于通过不断除去产物而使聚合物的降解加速。

氧指数法影响因素与讨论

(5) 惰气的类型 当用 Ar 、 Ne 、 CO2 气体时，维持燃烧所需的氧分数（ OF ）表示 ： OF = [O2] / [惰气 ] 。 OF值随气体的热容而线性的增加。当用 Ar 时， OI值比预料的大 50% ，这是由于 Ar 气的高导热率把热从火焰中带走的缘故。

(6) 温度 温度对氧指数有很大的影响，在室温下温度对氧指数的影响不大。在高温下各种聚合物氧指数对温度的关系各不相同。

(7) 增塑剂和填料 氧指数的试验值总是趋近最易挥发组分的氧指数 , 即增塑剂的氧指数 .

八、氧指数燃烧性能测试报告

姓名： 班级： 学号：

同组成员： 实验日期： 指导老师： 评分： 实验过程和数据记录 1. 实验条件 试样制备方法： 试样的尺寸：

预处理：

氧指数燃烧性能测试现象记录表

编号 燃烧时间 燃烧长度 燃烧现象 氧浓度

1

2

3

4

5

水平燃烧性能测试

水平燃烧性能测试方法： 水平试验法是在实验室条件下测试试样

水平自支撑下的燃烧性能。水平燃烧法用于半硬质及硬质塑料小试样与小火焰接触时的相对燃烧特性的测定。

一、水平燃烧试验装置

1- 试样； 2- 本生灯； 3-铁丝网

水平燃烧性能测试的主要装置有燃烧箱、右侧夹持试样夹、向上倾斜 45° 的本生灯（内径 9.5mm ）及其使用的燃料 (天然气、煤气、石油气等 ) 、记录时间的秒表等组成。

二、试样的制备

矩形柱体，长度 125±5mm ，宽度 13.0±0.3mm ，厚度 3.0±0.2mm 。也可采用厚度为2-13mm 的试样进行试验，但试验结果只能在同样厚度之间比较。试样表面应平整、光滑、无气泡、飞边、毛刺等缺陷。每组试验五个试样。

三、 实验方法 1. 试验时，在试样宽面上距点火端 25mm 和 100mm 处，

各划一条标线。 2.将试样长轴水平、横截面轴线和水平成 45°固定在试样

夹中，在试样下部约 300mm 处放一个水盘； 3. 在距离试样的地方 (450mm) 点着本生灯，调节本生灯

使灯管在垂直位置时，产生 25mm 高的蓝色火焰，将火焰内核的尖端施加于试样自由端的下缘，使自由端约有 6mm 长度受到火焰端部的作用 (如图 4.2 所示 )

4.开始计时。施加火焰时间约 30s ，在此期间不得移动本生灯的位置，若不足 30s 火焰前沿已燃烧到第一标线，应立即停止施加火焰。

三、 实验方法停止施加火焰后作如下观察记录： a． 2s 内有无可见火焰。 b．如果试祥继续燃烧，则记录火馅前沿从第一标线到第二标线所需的时间 t 。两标线间的距离除以时间，即为燃烧速度 v （ mm/s ），

t

75＝V

c．如果火焰到达第二标线前熄灭，记录燃烧长度

式中： S-- 试样燃烧长度， mm L--第二标线到未燃部位的最短距离，

mmd．其它试验现象：熔融、卷曲、结炭、滴落、滴落物是否燃烧等。

)100( LS

四、结果评定：

材料的燃烧性能，按点燃后的燃烧行为，可以分为四级（符号中的 FH 表示水平燃烧）

FH-1 火源撤离后，火焰即灭或燃烧前沿未达 25mm标线。 FH-2 火源撤离后， 燃烧前沿越过 25mm标线，但未达到 100mm标线。在此级中，应把烧损长度写进分级标志中。如当 L＝ 60mm 时，记为 FH-2-60mm 。

FH-3 火源撤离后，燃烧前沿越过 100mm标线，对于厚度在 3～ 13mm 的试样， ν≤40mm/min ；对于厚度小于3mm 的试样， ν≤75mm/min 。在此级中，应把燃烧速度写到分级标志中。例如， FH-3ν≤40mm/min 。

FH－ 4 除了线性燃烧速度 ν 大于上述规定值以外，其余都与 FH-3相同，在此级中也要把燃烧速度写进分级标志中。例如， FH-4 60mm/min 。

以五个试样中数字最大的类别作为材料的评定结果，并报告最大的燃烧长度或燃烧速度。试验报告还应包括试样的制各方法，试样的尺寸和预处理情况及其它试验现象，如熔融、卷曲、结炭、滴落、滴落物是否燃烧等。

五、实验影响因素和讨论 ①试样的厚度，厚度越小，单位质量具有的表面积越大，

燃烧速度越快。 ②试样的密度，实验密度减少，则平均燃烧速度增加。 ③各向异性材料 由于各向异性材料在成型过程中受力及取向不同而产生各向异性，对试样的水平、垂直燃烧性能有影响。

④放置形式 在水平法中，试样的长轴是呈水平方向放置的，横截面轴线和水平方向夹角不同时也会影响同样尺寸的试验结果。

⑤外界环境，温度，湿度的影响 ⑥燃气种类不同，含有的热值不同 ⑦ 熔融或燃烧的滴落物 实践证明，材料燃烧时的熔融滴物会滴落到下面的金属网，使试样再次受热点燃。

水平燃烧性能测试报告

姓名： 班级： 学号： 同组成员： 实验日期： 指导老师： 评分：一 、实验过程和数据记录1. 实验条件试样制备方法： 试样的尺寸： 预处理：

2. 数据记录

注 : 燃烧现象包括熔化、滴落、卷曲、滴落物是否燃烧；②、③两种情况只能产生其中一种。

编号 ①2s内有无可见火焰

② 火焰从第一标线到第二标线的时间

③ 燃烧长度（火焰未到第二标线）

燃烧现象

1

2

3

4

5

二 测试结果根据式 4-2 、 4-3 计算水平测试的最大燃烧

长度或最大燃烧速度最大燃烧长度 : 最大燃烧速度：试样水平燃烧性能等级： 三、测试结果分析

垂直燃烧性能测试

垂直燃烧法是在规定条件下，对垂直放置具有一定规格的试样施加火焰作用后的燃烧进行分类的一种方法。垂直燃烧法与水平燃烧法同属一类。由于试样处于直立状态较水平状态更有利于燃烧等原因，两种方法测得的试验结果无可比性。

一、垂直燃烧实验装置

1- 试样；2- 本生灯；3- 脱脂棉

其他备用的还有秒表及卡尺

二、样品制备

每组试样需 5个试件，要求平整光滑无气泡。长 130±3mm,宽 13.0±0.3mm.厚 3.0±0.2mm 。制好的试件应在标准气候条件下调节 48小时。

三、实验方法 1. 试样垂直固定在试样夹上，试样上端夹住部分为 6mm 。放好脱脂棉。

2. 在距试样 150 mm 处点燃本生灯，调节火焰高度为 20±2mm ，并呈蓝色火焰。将本生灯中心置于试件下端 10 mm 位置，火焰对准试样下端中心部分。

3.开始计时。当对试件施加火焰 10s后移开火源，记录试样有焰燃烧时间，试样有焰燃烧熄灭后，立刻按上述方法再施加火焰 10s ，分别记录移开火焰后试件有焰燃烧和无焰燃烧时间。

四、实验结果评价 将试样的燃烧性能按照燃烧现象分为 FV－ 0,FV－ 1,FV－ 2三个等级。

等级 每个试样施加火焰离火燃烧后有焰燃烧的时间（ s ）

五个试样离火后有焰燃烧的总时间（ s ）

试样离火熄灭后，第二次有焰燃烧时间（ s ）

滴落物引燃脱脂棉现象

FV－ 0 ≤10 ≤50 ≤30 无 FV－ 1 ≤30 ≤250 ≤60 无

FV－ 2 ≤30 ≤250 ≤60 有

五、垂直燃烧性能测试步骤 1. PC 测试样品注塑成型后，在自然环境中调节 48小时； 2. 将试样垂直固定在试样夹上； 3. 在试样下方，燃烧箱底部放好脱脂棉； 4. 打开燃气阀，点燃本生灯，调节火焰大小； 5. 将本生灯火焰中心部分置于试样下端 10mm 处，对准；

试样下端中心部分； 6. 开始计时，施加火焰 10s后，移开火源，记录有焰燃

烧时间和现象； 7.若试样有焰燃烧熄灭，则立刻再施加火焰 10s ，分别记录移开火焰后的有焰燃烧时间和无焰燃烧时间；

8. 换试样，重复 2～ 7 步骤； 9. 实验结束后，关闭燃气阀、本生灯，清理实验台。

六、垂直燃烧性能测试报告

姓名： 班级： 学号： 同组成员： 实验日期： 指导老师： 评分： 一 实验过程和数据记录1. 实验条件试样制备方法： 试样的尺寸： 预

处理：

2. 数据记录

编号 第一次燃烧时间（ t1 ）

第二次燃烧时间（ t2 ）

总燃烧时间 燃烧现象

1

2

3

4

5

注 : 燃烧现象包括熔化、滴落、卷曲、滴落物是否燃烧；

二 测试结果试样施加火焰离火燃烧后最大有焰燃烧的时间（ s ）

五个试样离火后有焰燃烧的总时间（ s ）

试样离火熄灭后，第二次最大有焰燃烧时间（ s ）

滴落物引燃脱脂棉现象

试样垂直燃烧性能等级： 三、测试结果分析

布置作业

分析测试数据，完成项目报告学习总结

今天任务不要留在明天