聚氨酯泡沫塑料的性能测试

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2024年6月28日发(作者：)

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＝｜

测量值-真实值 ｜。

相对误差指误差与真实值的比较，相对误差＝误差/真实值≈误差/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（Guo Biao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—Internationel Osganiztion for Standardixation）

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。一般采用

下列条件进行处理。

温度为（20±2）℃，相对湿度为（65±5）%；

温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%；

温度为（27±2）℃，相对湿度为（65±5）%。

处理时间随样品状况、标准要求不同而异，一般从16～96 h。

除特别注明外，一般采用（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%，处理时间

24 h以上。测试的环境温度为（23±2）℃，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。

下面依次说明：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100 cm

3

;

硬质材料，试样的总表面积至少100 cm

3

。

（3）操作

在分析天平上精确称取试样的重量，精确到0.01 g，用千分卡尺游标卡尺

测量样品的尺寸。精确到0.1 mm。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/m

3

）

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。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5个样品。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。

图1

软泡样品 用裁样机裁取哑铃状试样，至少5个。试样厚度10～15 mm，试

样尺寸见图。拉伸速率为500±50 mm/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0.05 mm。

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 L

0

--试片原始标线间的距离，mm；

L

1

--试样断裂时标线间的距离，mm。

2.4 撕裂强度

本法GB10808—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

端切一40 mm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50～200 mm/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50 mm后的最大值。

（3）计算 按下式计算，取算术平均值。

式中 F--测得的最大力值，N；T--试样的平均厚度，cm。

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100 mm，宽100 mm，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Φ16.0～0.15 （16.3 g）mm。

钢球落下距离460 mm（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460 mm。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20 s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；

H

0

--钢球落下高度，460 mm。

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）mm，宽（50±1）mm，厚（25±1）mm，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25 mm，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～

1.5 mm，边长为50～55 mm。

（4）操作

测定试样的初始厚度（d

0

）。若是薄型材料，其初始厚度（d

0

）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15 min内将已压缩的试样置于（70±1）℃的烘

箱内并维持22 h。从烘箱内取出压缩装置并在1 min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

30 min。

测定试样的最终厚度（d

r

）。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（d

r

）。用此法测出的是在7

0℃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70 h，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，%；

d

0

--试样的初始厚度，mm；

d

r

--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±2）

mm，不足50 mm的片材应叠加，使之尽可能接近50 mm，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±1） s，测得力值。按同样分别测得压入试样厚度的（40±1）%和（6

5±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100 mm，

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50 mm×50 mm×50 mm，或面积在25～230 cm

2

之间，圆形或

正方形均可，厚度在（50±1） mm，表皮应除去。厚度也可以原厚，但至少为1

0 mm，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0.05 mm，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±0.25） mm，厚度（20

±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±0.2）

mm，两支座跨距（100±1） 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（1

0±2） mm/min的速率对试样施加负荷。注意并记录试样形变（20±0.2） mm

时的负荷值。如果试样在形变达到20 mm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）—20 mm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±1） mm,宽（100±1） mm，厚度（25±0.5） m

m，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

、L

3

）、宽度（W

1

、W

2

、W

3

）及五个不同点的厚度（T

1

、T

2

、T

3

、T

4

、T

5

），

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±3）℃、（70±2）℃、（-10

±3）℃、（85±2）℃、（40±2）℃、（150±3）℃。

当选择相对湿度为90%～100%时，使用如下条件：（40±2）℃、（70±2）℃。

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±2）℃，相对湿度45%～55%的

条件下放置1 h，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ε

L

ε

W

ε

T

分别为试样长、宽、厚度的尺寸变化率%，L

0

、W

0

、T

0

分别为试

样试验前的平均长、宽、厚度mm，L

t

、W

t

、T

t

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1℃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50～100 mm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-30～30℃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，℃。

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150 mm ×150 mm，体积不小于500 cm

3

，试验

前在干燥器中干燥，每隔12 h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±2）℃的蒸馏水中，要完全浸入水内，共96 h，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 m

1

--试样质量，g；

m

2

--金属器皿的质量，g；

m

3

--浸在水中并装有试样的器皿的体积，cm

3

；

V

1

--试样浸泡后的体积，cm

3

；

V

0

--试样的初始体积，cm

3

；

V

2

--切割面泡孔体积，cm

3

；

ρ--23℃时水的密度，0.9975 g/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/T 10294—88/GB/

T10295—88。

（1）定义 在稳定情况下，垂直于单位面积、单位厚度、温差为1℃时在

单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5 mm，最大厚度根据仪器确

定，应不超过其直径或边长的1/8，试样平整，无裂纹缺陷。

（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30 min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λ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，m

2

;

△z

——测定时间间隔，h；

△t

——热板和冷板之间的温度差，K。

2.14 剪切强度

本法按GB/T10007—88标准执行。

（1）定义

对粘接到金属支承架上的试样施加剪切应力，记录力—形变曲线以测定剪切

强度。

（2）试验设备：

试验机可动夹头能以１±0.5 mm/min的速度沿试样轴方向移动。

金属支承架 由一块经过机械加工的低碳钢矩形板组成，机加工表面应与试

验样最大表面粘接并使金属支承架的两平板相互平行。连接器连接金属支承架与

试验机夹头，其厚度应等于试样厚度。整个试验装置如图5。

图５ 剪切强度试验装置图

粘合剂 粘合剂应有足够大的剪切强度和模量，以保证试验对最终破坏的是

试样而不是粘合剂层。

（３）试样尺寸 长度２５０°

－5

mm；宽度５０°

－１

mm；厚度25±0.5mm，

至少5个。若试样损坏前粘合剂已剥离，此数值应舍弃，另取样补做。

把粘好试样的金属支承架连接到试验机夹具上，以1±0.5 mm/min的速度对

试样施加剪切应力，速度偏差应不大于10%。记录力—形变曲线。

（4）试验步骤 （注：推荐用下列步骤校正金属支承架和附件作用于试样

的力；在金属支承架与试验机连接之前，试验机应调节零位。）若测力装置在上

方，应从记录值中扣除一个金属支承架及附件的重量。若测力装置在下方，应给

记录值加上一个金属支承轴及附件的重量。

（５）计算 按下式计算：

式中：q——剪切强度，kPa;

L——试样原始长度，mm；

b——试样原始宽度，mm；

F

m

——施加于试样的最大作用力，Ｎ。

2.15 闭孔率

本法按ＧＢ／Ｔ１０７９９—８９标准执行。

1、定义

（1）表面积S：由试样线性尺寸计算得到的试样总表面积。

（2）几何体积V

g

:由试样线性尺寸计算得到的试样体积。

（3）表面积/几何体积之比值γ酌:

（4）试样不可透过体积Vi：在试验条件下，空气既不能渗透进去，气体

又不能溢出的试样体积。

（5）表观开孔体积百分率

它包括制备试样时被切开的泡孔体积，并取决于被测泡沫塑料的性质和试样

表面积/几何体积之比值 。

（6）校正开孔体积百分率：考虑到制备试样时，试样表面泡孔被切开，因

而，需要对表观开孔体积百分率进行校正。

当试样表面积/几何体积之比值 趋向于零时，表观开孔体积百分率?棕 ，的

极限值即为校正开孔体积百分率 。

（7）校正闭孔体积百分率 ：

它包括泡孔壁的体积。

2、原理

测量一组具有不同的表面积/几何体积之比?酌的试样的表面积S和几何体

积Vg；再根据波义耳—马略特定律（Boyle-Mariotte Law)测定试样不可透过体

积Vi；由此计算试样表观开孔体积百分率?棕?酌，作为曲线 ,并向外推

至 ，即可求得试样校正开孔体积百分率?棕0和校正闭孔体积百分率 。为

了测定试样不可透过体积Vi，本标准规定了两种方法供选择采用，所得结果仅

用于比较。

试样尺寸大小、多少及试验设备、操作方法详件标准原文。

2.16 水蒸气透过性

本法按QB/T241—1998标准执行。

1、定义

（1）水蒸气透过量

在规定的温度、湿度和试样厚度的条件下，单位时间、单位面积内通过试样

的水蒸气量，以微克每平方米每秒[ g/(m

2s)]表示。

注：所测得试样的水蒸气透过量的值是该试样厚度特有的。

（2）水蒸气透过率

试样水蒸气透过量与试验时试样两侧的蒸汽压力差之比值，以纳克每平方米

每秒每帕斯卡[ng/(m

2s?Pa）]表示。

注：所测得试样的水蒸气透过率的值是该试样厚度特有的。

（3）水蒸气透过系数

单位厚度试样的水蒸气透过率，以纳克每米每秒每帕斯卡[ng/(m?s?Pa）]

表示。

注：对于均质材料，所测得试样的水蒸气透过系数的值是该物质的一项特性。

2、原理

将试样密封于含干燥剂的试验杯上端，然后将该杯放入规定温度和湿度的环

境中，定期称量该杯的质量变化，以测定试样的水蒸气透过性能。

3、仪器和材料

（1）透湿杯（耐氯化钙腐蚀且不透水和水蒸气的圆柱形开口杯）常用普通

杯：容量不小于250 mL，内径不小于65 mm烧杯；量具；限位器：外径为（64

±0.1) mm，高10mm的光洁金属板；分析天平：精度为0.1 mg。干燥器：供试

样周转干燥用，至少能容纳5只透湿杯。密封蜡：85%切片石蜡与15%蜂蜡的混

合物。吸湿剂：无水氯化钙，

度精度±2%。

能使所需温度控制在±1℃以内的恒温小室和含有所需过饱和盐溶液的干燥

器，干燥器内径不小于240 mm。

（3）过饱和盐溶液：为保持小范围内所需湿度而放置在试验用干燥器内的

过饱和盐溶液。

a）用于38℃，湿度梯度为0%~88.5%试验：含有大量未溶解硝酸钾的过饱和

盐溶液；

b）用于23℃，湿度梯度为0%~85%试验：含有大量未溶解氯化钾的过饱和盐

溶液；

c）用于23℃，湿度梯度为0%~50%试验：含有大量未溶解重铬酸钠的过饱和

盐溶液；

4、试样

产品制成后至少存放72 h才能取样，样品可以是产品的主体部分，也可带

有自然皮层或粘附着某种不同材质的表层。但测透湿系数时应弃去材料自然皮层

或粘着表层。

试样呈圆柱形，其直径与所用透湿杯相吻合，试样厚度为25 mm。当产品厚

度小于25 mm时，采用原厚度进行试验；产品厚度小于10 mm时，试验时可用特

形杯，试样的试验面积不小于32.0 cm

2

。

试样不得少于5个。

样品为各向异性时，试样平行面应与实际使用时水蒸气通过制品的方向垂

直。

样品表面带有自然皮层或两侧粘着不同材料皮层时，应与实际使用时水蒸气

流向同向进行试验，若实际使用时汽流方向不详时，应制备双向的双组试样进行

试验，以得到每方向汽流的结果。

5、操作

测量并记录试样平均厚度，精确到0.1 mm。透湿杯中加入不少于25 g吸湿

剂。将试样放入透湿杯，使试样底部与吸湿剂间距在10 mm~20 mm之间（若使用

特型杯，则在透湿杯上圈内底部要放置试样的地方涂一薄层液态蜡，当蜡还软时，

将试样放入透湿杯的正中）。试样顶面中央放限位器，试样顶面露出轮廓鲜明的

暴露面积。依次称量装有吸湿剂和试样的透湿杯，精确到0.1 mg。将透湿杯放

入恒温恒湿设备中。24 h后，将透湿杯中恒温恒湿设备中迅速取出，放入室温

下干燥器内，停放（30±1） min。然后依次称量，精确到0.1 mg。称量后摇动

透湿杯，使吸湿剂充分混和，再把透湿杯放回原恒温恒湿设备中。若试验和称量

在同一环境中进行，可不必将透湿杯置于周转用干燥器中干燥。每24 h重复前

一步骤，直到连续二个24 h周期称量变化相对误差在±2%内时结束试验。

6、计算

（1）水蒸气透过量

式中：G——水蒸气透过量，μg/(m

2s)；

m——取后连续二次24 h周期内质量恒差的平均值，g;

A——试样暴露于湿侧面积，cm

2

。

（2）水蒸气透过率

式中：G——水蒸气透过量，ug/(m

2s)；

Wp——水蒸气透过量，ng/(m

2s?Pa);

P——试样两表面间水蒸气压力差，kPa。

（3）水蒸气透过系数

式中： ——水蒸气透过系数，ng/(m

2s?Pa);

Wp——水蒸气透过率，ng/(m

2s?Pa);

d——试样厚度，m。

2.17 氧指数测定

（1）定义 在规定的条件下，塑料在氧气和氮气的混合气流中，维持稳定

燃烧所需的最低氧气浓度。本法执行GB/T2406—93标准。

（2）试样尺寸 长70~150 mm，宽（10±0.5) mm，厚（10±0.5) mm，表

面平整光滑，无空洞裂纹等缺陷，每组试样5~10个。

（3）仪器

图6 氧指数测定仪示意图

1-点火器，2-玻璃燃烧筒；3-燃烧着的试样；4-试样夹；5-燃烧筒支架；

6-金属网；7-测温装置；8-装有玻璃珠的支座；9-基座架；

10-气体预混合结点；11-截止阀；12-接头；13-压力表；14-精密压力控制器；1

5-过滤器；16-针阀；17-气体流量计；18-玻璃燃烧筒；19-限流盖

氧指数仪，主要部件为：燃烧筒，内径75~80 mm，高450 mm的耐热玻璃管。

底部用直径3~5 mm的玻璃珠充填，充填高度为100 mm。在玻璃珠的上方，放一

金属网，以遮挡试样燃烧时的滴落物。试样夹。流量测量和控制系统，由压力表、

稳压阀、调节阀、转子流量计和管路组成。点火器，内径为(2±1) mm的喷嘴。

气源，按GB/T3836和GB/T3864规定的氧气和氮气。整个装置见图6。

（4）操作 将试样垂直地装在试样夹上，试样的上端至筒顶的距离不小于

100 mm，根据试样在空气中点燃的情况，估计开始试验时的氧浓度值。调节流量

阀门，使流入燃烧筒的氧、氮混合气体达到要求浓度，并保证燃烧筒中气体的流

动速率为（4±1） cm/s，调节好气体流动30 s，以清洗燃烧筒。然后用点火器

点燃试样顶部。在确认试样顶部全部着火后，移去点火器，立即开始计时，在燃

烧过程中，不得改变流量和氧浓度值。试样的燃烧时间超过或不足3 min、火焰

前沿超过或不到标线时，应降低或增加氧浓度，如此反复，直到所得氧浓度之差

小于0.5%时即可。燃烧筒应置于通风橱内进行燃烧。

（5）计算 根据GB2406—1995，氧指数（OI）以氧在混合气流中所占体

积百分数的数值来表示，计算如下：

式中：[O

2

]——氧气流量，L/min;

[N

2

]——氮气流量，L/min。

2.18 水平燃烧法

（1）概述 本法适用于评定泡沫塑料小试样的相对水平燃烧性能，但不能

作为评定实际使用条件下着火的危险性的依据。按GB8332—87执行。

（2）试验尺寸 长（150±1） mm，宽（50±1） mm，厚（13±1） mm，

试样须去皮，厚度均匀，表面平整，无灰尘、微粒等缺陷，每个试样在长、宽构

成的平面上，与长轴线垂直，距一端25 mm的整个宽度上划一条标线。每组试样

为10个。

（3）试验设备 试验箱，600±5 mm×３００±5 mm×７６０±5 mm；本

生灯，带有翼顶喷嘴；试样托网，不锈钢丝（??J0.8 mm）制成。网孔每边6.4

mm，网长215 mm，宽75 mm，端部弯成直角、高度为13 mm；支撑架。

（4）操作 将试样划标线的一面水平朝上放在托网上，使离标线远的一端

靠紧在托网向上弯曲的地方，打开天然气或丙烷气源的阀门，点燃本生灯，将置

于试验箱内托网上的试样点燃，开始计时，点火60 s，移开本生灯，关上气源，

记录火焰烧至试样标线时的时间(t

b

)。如果火焰燃至标线前熄灭，记录试样上火

焰绝迹时的时间（t

e

),试样上的火焰若在燃气火焰中自熄，则把火焰变色消失的

时间作为火焰熄灭时间。打开试验箱，取出托网和试样，测量并记录燃烧范围（L

e

)，它等于150mm减去沿试样上表面未燃烧的一端到火焰前沿最近痕迹（如烧焦）

（5）计算 如果火焰前沿超过标线，根据GB8332—87，由下式计算燃烧

的距离。若需要，可称量试验前后试样的质量。（不包括燃烧滴落物）。

速率：

燃烧速率（mm/s)=125/tb

式中：125——试样受试端至标线的距离，mm；

t

b

——火焰至标线的时间,s。

如果火焰燃至标线前熄灭，由于式计算燃烧速率：

燃烧速率（mm/s)=L

e

/t

e

式中：L

e

——范围，mm；

t

e

——火焰熄灭前的时间,s。

由本试验可得试样的燃烧时间（s)、燃烧范围（mm）、燃烧速率（mm/s)和

质量损失百分数（%）。

2.19 垂直燃烧法

1、概述

本实验方法适合按《泡沫塑料燃烧性能试验方法——水平燃烧法》试验时燃

烧范围不大的材料。按GB8332—87标准执行。

本试验方法测量的垂直燃烧性能受泡沫材料的密度和试样厚度等因素的影响。因

此，必须完全按照本标准规定的试验步骤进行试验。

某些材料的垂直燃烧性能可能随时间变化。因此，试样应在老化前和用适当方法

老化处理后分别进行试验。老化处理的详细情况应在试验报告中说明。试样是否

进行老化处理以及老化处理的条件，由供需双方商定。

2、试验设备

（1）试验烟筒

图7 试验烟筒结构示意图

1-试样支架；2-耐热玻璃板；3-标尺；4-筒体；5-称量盘

（2）筒体 方形，结构尺寸如图7所示，由防腐金属材料制成，前壁为

耐热玻璃板。标尺装在耐热玻璃板一侧，起始点距烟筒底面51 mm，读数以毫米

表示。

（3）试样支架材质为不锈钢，其上有三个固定试样的钉，背部有挂钩，如

图8所示。

图2 试样支架

（4）本生灯圆筒内径9.5±0.5 mm。固定于滑动支架上，其中心线与铅直

线成15°角，如图9所示。

图9 本生灯与试样的相对位置

1-试样支架； 2-试样；3-火焰内核；4-本生灯；5-称量盘

（5）燃气为纯度95%以上的天然气或丙烷。经本生灯应能提供内核高度为2

5~30 mm的蓝色火焰，火焰内核顶端的温度：960±20℃。

（6）其他

量具：卡尺、钢尺。计时器：秒表或其他能测量时间准确至0.1s的计时装

置。天平：感量为10 mg。称量盘：铝质，直径50 mm。测量装置：火焰温度的

测量用镍铬-镍铝热电偶和直流电位差计匹配或其他符合要求的测量装置。通风

橱。

3、试样

试样为长方体。长250±1 mm，宽和厚均为20±1 mm。每组6个试样。试样

宽度、厚度应均匀，表面平整，无灰尘、微粒。

试样应从密度均一的材料上切取。若某一试样的密度偏离该组6个试样平均密度

的5%以上时，则此试样不适用于本组试样，应重新更换一条试样至符合要求。

各向异性材料在与发泡方向一致的中间部位取样。

注：试样结果只能在密度相同、取样方位相同的试样间比较。

4、操作

样品经状态调节后开始检测。试验烟筒内除玻璃前壁外，其余三侧均衬厚度

为0.02~0.025 mm的铝箔，铝箔衬里和筒体的上、下端面齐平。每测试一组试样

更换一次衬里。把经状态调节处理后的试样固定在试样支架的三个钉上，使试样

的顶部和试样支架的顶部齐平，如图9所示。试样密度较高、钉不易插进时，可

在试样上钻孔，以便插入钉。把装好试样的试样支架悬挂在筒体后壁上，使试样

顶端与筒体顶端齐平，如图9所示。把称量盘在试样中心线的延长线上，使其中

心距筒体下端面76 mm，如图7所示。打开燃气阀，点火调节本生灯的燃气量和

空气量，使火焰符合规定。将本生灯火焰移至试样中心线下，其内核顶端与试样

下端接触，点燃试样。当火焰置于试样下时，立即开动计时器，10 s后迅速撤

去火源，关闭燃气阀。当试样上的火焰熄灭时，停计时器并记录熄灭时间。如果

熄灭时间小于10 s，记录此时间但仍点燃到10 s；如果试样上的火焰熄灭后滴

落物还在燃烧，则应取滴落物的熄灭时间。试样燃烧过程中，用装在试验烟筒正

面的火焰高度标尺测量火焰最大高度并记录此值，精确到10 mm。如果火焰超过

标尺顶端，记作250+mm。

5、计算

（1）依下式计算燃烧试验后试样残留的质量百分数：

PMR=[(S

2

-S

1

)+(D

2

-D

1

)]/M×100

式中：PMR——按完整试样计，包括滴落物在内的试样残留质量百分数，%；

D

1

——称量盘的质量，g;

S

1

——试样支架的质量，g;

M——试样的质量，g;

S

2

——燃烧试验后试样残留物和试样支架的质量，g;

D

2

——燃烧试验后装有滴落物的称量盘质量，g。

（2）待一组实验进行完毕，计算下列平均值：

a.试样密度（精确至0.001g/ mL);

b.燃烧时间（精确至0.1 s);

c.火焰高度（精确至10 mm);

d.试样残留质量百分数，精确至0.1%。

日本有关方面制定的铁运第81号是为日本铁道车辆用材料制定的燃烧性试

验方法，规定了燃烧角度为45°，也常用于评定硬泡小试样的相对燃烧性能。

本文标签： 试样标准试验厚度材料