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聚丙烯在ISO和ASTM标准下物理性能测试数据的关联研究_高源.pdf

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国的世界第二大聚丙烯生产国。因而对其准确的物理性能的测试就有重大的经济 意义和现实意义。

聚丙烯常见制品包括盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。 聚丙烯广泛应用于： 蓝胜灿口一胶玉区

聚丙烯广泛应用于： 1.薄膜制品：聚丙烯薄膜制品透明而有光泽，对水蒸汽和空气的渗透性小，它分 为吹膜薄膜、流延薄膜(CPP)、双向拉伸薄膜(BOPP)等。

DB5101T 72-2020 成都市社会组织信用信息 数据规范1.1双向拉伸聚丙烯薄膜

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2.1汽车用改性聚丙烯

2.2家用电器用聚丙烯

商已经开发出洗衣机专用料如PP1947系列、K7726系列等，受到了洗衣机制造 厂商的欢迎。因此，在未来几年内应加大开发家用电器聚丙烯专用料的力度，以 适应市场变化的需求。 3）挤塑制品：可做管材、型材、单丝、渔用绳索。打包带、捆扎绳、编织袋， 纤维，复合涂层，片材、板材等。吹塑中空成型制品、各种小型容器等。

3.2工程用聚丙烯纤维分为聚丙烯单丝纤维和聚丙烯网状纤维

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聚丙烯网状纤维以改性聚丙烯为原料，经挤出、拉伸、成网、表面改性处理、 短切等工序加工而成的高强度束状单丝或者网状有机纤维，其固有的耐强酸，耐 强碱，弱导热性，具有极其稳定的化学性能。加入混凝土或砂浆中可有效的控制 混凝土（砂浆）固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝，防止及抑止 裂缝的形成及发展，大大改善混凝土的阻裂抗渗性能，抗冲击及抗震能力，可以 泛的使用丁地下工程防水，工业民用建筑工程的屋面、墙体、地坪、水池、地 下室等，以及道路和桥梁工程中。是砂浆/混凝土工程抗裂，防渗，耐磨，保温 的新型理想材料

1.3.1ISO测试方法背景简介

国际标准化组织（InternationalOrganization forStandardization)简称ISO，是一个全球性的非 政府组织，是世界性的国家标准化团体(ISO成员 团体)的联合机构，是国际标准化领域中一个士分

团体)的联合机构，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。国际标准化活动

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ISO标准由两部分组成，第1部分是“命名系统和分类基础”，第2部分 是“试样制备和性能测定”。 根据导则，ISO命名标准中规定了统一的命名模式，由一个可选的写作“热 塑性塑料”的说明组和包括国际标准号和特性项目组的识别组构成。为了使命名 更明确，特性项目组又分成下列五个字符组： 字符组1：标准规定的塑料材料的缩写代号，例如：PE(聚乙烯)、PPH(聚丙 烯均聚物）等等。 字符组2：以最多8个大写英文字母表示的材料的推荐用途或加工方法,如： B(吹塑)，F(薄膜)等、重要性能、添加剂及其它附加的说明。 字符组3：材料特征性能及分档代号。不同材料的特征性能可能不同，如规 定PE.材料特征性能为熔融指数和密度。 字符组4：填料或增强材料及其标称含量。 字符组5：特殊需要的附加信息。 热塑性塑料只要采用这一标准模式命名，就可使用户方便地了解材料的情 况，而不必要去学习每个企业特有的命名规则。 ISO标准的第2部分“试样制备和性能测定”中规定了该材料试样制备方法 和条件、试样形状和尺寸、试样状态调节以及试验的条件。只要按这部分标准进 行试样制备和性能测定，就可以较为全面地表征材料的性能[30]

1.3.2ASTM测试方法背景简介

ASTM系美国材料与试验协会的英文缩写，其英文全 称为AmericanSocietyforTestingandMaterials。ASTM前 身是国际材料试验协会(InternationalAssociationfor TestingMaterials.IATM)。19世纪80年代，有人提出建立

AS Aminteandmtoz.tas

技术委员会制度，中技术委员会组织各方面的代表参加技术座谈会，讨论解决有 关材料规范、试验程序等方面的争议问题。IATM首次会议于1882年在欧洲召 开，会上组成了工作委员会。当时，主要是研究解决钢铁和其它材料的试验方法 问题。1902年在国际材料试验协会分会第五届年会上，宣告美国分会正式独立， 取名为美国材料试验学会(AmericanSocietyforTestingMaterials)。随着其业务范 围的不断扩大和发展，学会的工作中心不仅仅是研究和制定材料规范和试验方法 标准，还包括各种材料、产品、系统、服务项目的特点和性能标准，以及试验方 法、程序等标准。1961年该组织又将其名称改为延用至今的美国材料与试验协 会(AmericanSocietyforTestingandMaterials,ASTM)。

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(5）充分一致的标准应在全社会的标准制订者、使用者和关心的公众之间取 得最充分的一致意见，这是ASTM所采用的，在积极参与标准委员会工作中包 括生产者、消费者和公益代表者。ASTM深信，从标准制订的开始阶段就有社会 各方面人士的广泛介入，能保证所制订的标准在技术上是“胜任”的，在严格审 查之后可得到最高的声誉和信任、从而可作为商业和管理运作的基础。 由于ASTM的管理模式保证不同背景和学科的人都可以自愿参与标准的制 定，因此各方面利益在标准中都能得到体现，同时在标准的制订过程中，每个标准 义都经过了严格的、大量的重复测试和严密的标准审批程序，再加上美国在科学 和技术上的领先地位，因此ASTM标准具有很高的质量及可靠性和适应性，它 不仅在美国被广泛使用，也受世界各国欢迎，被世界上许多国家和企业借鉴和应 用[32]。

1.3.3ISO和ASTM针对聚丙烯的主要测试方法

目前ISO和ASTM针对聚丙烯的相似的测试方法主要有熔融指数，密度， 弯曲模量，拉伸强度，断裂强度，屈服伸长率，断裂伸长率，热变形温度，悬臂 梁缺口冲击强度(Izod)，洛氏硬度。ASTM独有的测试方法有加德纳冲击强度， 邵氏硬度(D)，线性热膨胀系数等。ISO独有的测试方法有简支梁缺口冲击强度 Charpy)。其他国家标准的测试方法如日本的JIS，德国的DIN和中国的GB参 照ISO测试方法较多。

1.4数据处理软件(Origin)在处理测试数据中的应用

如何将测得的ISO和ASTM的数据进行处理归纳总结，借助于各种数据处 理软件是一种简便、精确和经济的方式。在各种数据处理的软件中，Origin凭借 其功能强大，操作简单而受到许多科研人员的青睐，在各种不同科研领域，尤其 是材料测试方面应用广泛。本文所测得的27种聚丙烯的ISO和ASTM数据同样 借助于该软件进行处理。因此在这里有必要对Origin软件进行简单介绍：

(1)Origin基本简介

Originl4$]为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图软件，是公认的简 单易学、操作灵活、功能强大的软件，既可以满足一般用户的制图需要，也可以 满足高级用户数据分析、函数拟合的需要[43]。是科研人员和工程师常用的高级数 据分析和制图工具。自1991年问世以来，由于其操作简便，功能开放，很快就 成为国际流行的分析软件之一，是公认的快速、灵活、易学的工程制图软件。它 的最新的版本号是8.0，另外分为普通版(Origin8)和专业版(OriginPro8)两个版 本。

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Origin最初是一个专门为微型热量计设计的软件工具，主要用来将仪器采集 到的数据作图，进行线性拟合以及各种参数计算。1992年，Microcal软件公司正 式公开发布Origin，公司后来改名为OriginLab。公司位于美国马萨诸塞州的汉 普顿市。

表2Origin版本发布时间

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Origin是用于数据分析与科学绘图的热门高端软件，使用方便，操作灵活多 样，对绘图和论文写作非常有帮助。Origin软件具有强大的线性回归和曲线拟合 功能，其中最具有代表性的是线性回归和非线性最小平方拟合，提供了20多个 曲线拟合的数学表达式，能满足科技工作中的曲线拟合要求。此外，Origin软件 还能方便地实现用户自定义拟合函数，以满足特殊要求，在化学实验数据处理过 程中能简化数据处理难度[40,42],避免手工处理带来的误差。

1.Origin软件的一般用法

Origin可绘制散点图、点线图、柱形图、条形图或饼图以及双Y轴图形等， 在化学实验中通常使用散点图或点线图。 Origin有如下基本功能：①输人数据并作图，②将数据计算后作图，③数据 排序，④选择需要的数据范围作图，③数据点屏蔽，

当绘出散点图或点线图后，选择Analysis菜单中的FitLinear或Tool即可对 图形进行线性拟合。结果记录中显示拟合直线的公式、斜率和截距的值及其误差， 相关系数和标准偏差等数据。在线性拟合时，可屏蔽某些偏差较大的数据点，以 降低拟合直线的偏差[46,49]

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会基于对目前已有聚丙烯的ASTM或ISO测试数据与待使用的聚丙烯的ISO或 者ASTM数据进行直接对比，往往得出待使用的聚丙烯的关键物理性能，如冲 击强度，拉伸强度或者弯曲模量低于产品要求，从而判定为非合格品。如果通过 本文对现实中此类问题进行有效解决，将会有效节约工厂生产成本，有利于进行 各种物理性能类似的聚丙烯的材料互换，针对同一原料要求，工厂可以有更多相 似材料进行选择，为工厂实现零库存提供条件。相信本论文对聚丙烯ASTM和 ISO的测试方法的研究结果会对很多相关的企业和机构起到一定的帮助和指导 作用。

第2章聚丙烯ISO和ASTM的测试方法对比

O和ASTM测试方法下的拉伸强度对

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拉伸测试测量将样条拉断所需应力和在该断裂点的伸长率。拉伸测试产生了 幅应力应变曲线，该曲线用来决定拉伸模量。该数据通常用来表示材料所能承 受的应力和对该材料进行质量控制检测。由于许多材料的物理性能(特别是热塑 性材料)跟所处的环境温度关系很大。有时会在材料最终使用时所需的环境温度 下进行测试。

测试步骤： 将样条固定放置于拉力机夹具内并拉伸直到断裂。ASTMD638测试方法测 试速度视材料规格而定。而ISO527一般要求5或50mm/min的速度来测试拉伸 强度和伸长率及1mm/min的速度来测量模量。用个伸长计来测量伸长率和拉 伸模量[21,25]。 样品尺寸： ASTMD638最典型的样条是I类拉伸样条。ISO527最通常的样条尺寸是 ISO3167的1A类多用途样条。 最终数据： 需要对拉伸测试结果进行下述计算： 1.在屈服点和断裂点的拉伸强度 2.拉伸模量 3.应变 4.屈服伸长率和伸长量 5.伸断裂伸长率和伸长量 所需仪器： 万能电子拉伸试验机，Instron4465.InstronCorp..USA

表3ASTM和ISO拉伸强度测试要求对比

和ASTM测试方法下的弯曲模量对

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弯曲模量测试测量在三点负荷状态下弯曲样条所需要的应力。数据被用来表 示材料在负载下抗弯曲能力。弯曲模量通常被用来表征材料弯曲下的刚性。由丁 许多材料的物理性能（特别是热塑性材料）跟所处的环境温度关系很大。有时会 在材料最终使用时所需的环境温度下进行测试。 测试步骤： 通常样条放置于一个有支撑的跨度，由在特定速度下产生三点弯曲的负载作 用于样条中央。该测试的参数包括跨度，施加负载速度和测试中的最大变形量。 这些参数基于待测样条的厚度和ASTM及ISO不同的规定。在ASTMD790中 若样条变形量达到5%或者样条在变形量达到5%之前已经断裂，测试就会终止。 在ISO178中，直到样条断裂之后测试才能结束。若样条不断裂，测试将会继续 进行，在3.5%(常规变形量)时的应力被用来作为测试数据[20,27)。 样条尺寸： 许多种形状不同的样条可以用在该测试中，对ASTM来说，最常用到的尺 寸是3.2×12.7×125mm(0.125"×0.5"×5.0"）。而对ISO来说，最常用到的是 10×4X80mml。 最终数据： 屈服点弯曲应力和应变，断裂点弯曲应力和应变，在3.5%变形量(ISO)时或 在5.0%(ASTM)变形量时的弯曲应力，弯曲模量，应力/应变曲线和原始数握

弯曲模量测试测量在三点负荷状态下弯曲样条所需要的应力。数据被用来表 示材料在负载下抗弯曲能力。弯曲模量通常被用来表征材料弯曲下的刚性。由丁 许多材料的物理性能（特别是热塑性材料）跟所处的环境温度关系很大。有时会 在材料最终使用时所需的环境温度下进行测试。

注：1.测试时.将样条的阳模面(即有顶针痕的那一面向下放置于支撑跨度上。

2.温度误差±2℃，相对湿度5%

弯曲模量需保留三位有效数字

2.3ISO和ASTM测试方法下的热变形温度对比

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在一定负载下，标准样条形变至某一距离时的温度。它被用来表示短时间的 耐热性能。它表征了材料在高温下能否承受低负载的能力和在较窄温度范围下是 否失去刚性和硬度的能力。 测试步： 样条放置于热变形测试设备中。0.45MPa或1.80MPa负载施加于各个样条之 上。样条浸渍于硅油水浴之中。该水浴的升温速度为2℃/分钟。直到其变形量达 到0.25mm(ASTM，平面朝上),0.32mm(ISO，平面朝上)和0.34mm(ISO，平面朝 前) [23,26]。

ASTM标准样条5"X"X%" ISO平面朝上标准样条120mm×10mm×4mm ISO平面朝前标准样条80mm×10mm×4mm

数据： 将得到在规定负载和变形量基础上的变形温度。 所用仪器：

注：1.在开始每次测试之前，油浴温度应为室温（低于30C)。

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密度是一种材料的单位体积下的质量。比重是一种材料在23°C下的质量与 相同体积的蒸馅水的质量的比值。比重和密度特别重要因为塑料是以每千克为单 位进行出售，更低的密度或比重意味着每于克更多的材料或更轻的制品重量。

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有两种基本测试步骤，方法A和方法B。A方法更通用一些，可以片材，柱 状，管材和注塑件形式进行测试。A方法中，样品先空气中称重，之后按要求通 过重锤和金属丝将材料全部浸没在23°℃C的蒸馏水中称重。密度和比重通过数据 计算而得出[24,28]

2.5ISO和ASTM测试方法下的熔融指数对比

熔融指数测量在规定的温度和负载下，热塑性材料从口模中挤出的速度。它 提供了一种测量熔融材料流动性能的方法。该方法可用来区别相同材料的不同牌 号或判断注塑后材判的降解程度。由于分子量降低，降解的材料将会有更高的流 动性能，其机械性能也有可能有下降。通常，树脂原料的流动速率和由该树脂原 料注塑成的制品的流动速率测定后，这两者的流动速率的在百分比上的差别就可 以计算出来。反过来，也可以通过这个百分比来判断制品的“好”与“坏”。 测试步骤： 约7克材料加入熔指仪的料简中。该料简已经加热到该材料测试时所规定的 温度。该材料规定的负载施加于活塞上迫使熔融材料挤出口模。定时的收集挤出 量和称重。熔融指数使用g/10min作单位22,29],

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样条尺寸： 至少需要14克原料。 数据： 流动速率=(600/tx挤出重量) 【二挤出时间(以秒计) 熔体流动指数=g/10min. 所需仪黑，

用于熔指范围在0.15到50g/10r

程序A是重量测量法，而程序B是位移测量法。 5. 负载一活塞和附加重量之和。 4.ISO测试方法中规定：若待测材料MFR>75g/10min,需使用高度减半(40.025mm),直径减半 (1.05±0.005mm）的口模

2.6ISO和ASTM测试方法下的冲击强度对比

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试应用围 悬臂梁(Izod)断裂冲击是测试材料抵抗摆锤冲击的能力的一种单点测试。悬 臂梁(Izod)断裂冲击定义为引起破裂和直到样条断裂所需要的能量。冲击样条需 要铣出缺口米防止样品在冲击下的变形。该测试可被用米做为一种快速、简便的 冲击性能和韧性的质量控制和检测手段。

ASTM的标准样条是64×12.7×3.2mm(2/×%×1/8英寸)。最普遍的样条厚度 是3.2mm(0.125英寸)，但最适宜的厚度是.6.4mm(0.25英寸)。因为在此厚度下， 样条不大可能弯曲或变形。样条缺口下面的深度是10.2mm(0.4英寸)。 ISO的标准样条是1A类多用途样条。尺寸为80×10x4mm。

，你准安求长度为802mm， 2.样条厚度和铣缺口之后的宽度需要重新测量以保证在测试要求之内。 3.铣样条之前，需在出模后冷却样条至少1小时(最多16小时)。

详条厚度和铣缺口之后的宽度需要重新测量以保证在测试要求之

2.样条厚度和铣缺口之后的宽度需要重新测量以保证在测试要

3.铣样条之前，需在出模后冷却样条至少1小时（最多16小时

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第3章27种聚丙烯的ISO和ASTM测试数据及关联研究

本论文主要是运用上述ISO和ASTM测试方法，对27种不同的聚丙烯材料 进行了密度、熔融指数、弯曲模量、热变形温度和拉伸强度进行测试，针对冲击 强度，出于时间性和经济性考虑，并没有进行大面积测试，选取了12种注塑级 聚丙烯材料进行ASTM和ISO下的悬臂梁(Izod)断裂冲击测试，并对其尺寸和缺 口进行了理论分析。

3.1主要实验仪器和原料

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8拉伸强度、弯曲模量、热变形温度和冲击强度样条

2.模具温度：50℃

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3.终止位置：10 (2）熔体流动速率样品直接取若干克聚丙烯塑料粒子按照ISO1133和ASTM D1238所要求。 （3）密度测试所需样品按照ISO1183和ASTMD792要求制备

(2）熔体流动速率样品直接取若干克聚丙烯塑料粒子按照ISO1133和ASTM D1238所要求。 (3）密度测试所需样品按照ISO1183和ASTMD792要求制备

表9拉伸强度ASTM测试结果（单位：nsi）

表10拉伸强度ISO测试结果(单位：psi)

GB/T 40245-2021 废弃防腐木材回收规范整理得到Y=A+BXX实际公式和曲线为： Y=0.975X+8.4247R²=0.9156

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ASTM拉伸强度Origin线形拟仓

从而可以得出拉伸强度的ISO和ASTM数据之间有较好的关联关系。因为 ISO和ASTM测试方法和步骤几平一致GB/T 33653-2017 油田生产系统能耗测试和计算方法，只有在样条尺寸上略有区别、

从而可以得出拉伸强度的ISO和ASTM数据之间有较好的关联关系。因为 ISO和ASTM测试方法和步骤几乎一致，只有在样条尺寸上略有区别、

表11弯曲模量ASTM测试结果（单位：kpsi）