如何测量塑料硬度？

硬度是指材料表面抵抗硬物压入或划伤的能力，前者称压陷硬度，后者称划痕硬度，两者不成正比关系，压陷硬度高的材料，划痕硬度也可能较低，如PS塑料等。

硬度虽用于表示材料软硬的程度，但它不是一个单纯的物理量，而是由材料的塑性、弹性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标。通过硬度可间接了解材料的拉伸强度、刚性、磨耗、回弹性、固化程度等性能，但不能将硬度与耐磨性等同视之，如POM、PC、PA的硬度较接近，但其磨损系数却相差很大。由于硬度测量方法简便，因此它常作为评定材料性能、监控质量和完善工艺条件等方面的重要指标。硬度测量的方法很多，各有不同标准，可供测量不同材料选用，但对同一种材料用不同方法测定的硬度值，其单位及数值也不等，而且测定的硬度值还随测试环境的温度、湿度的变化而变化，因此比较不同材料的硬度应选用同一种测试方法且相同的环境条件下测试的结果。如果要评定不同测定方法的材料硬度，则应按不同标准的硬度值对照表，对照比较。

1.各种硬度标准及测定方法

（1）邵氏硬度 它是表示塑料和硬橡胶硬度等级的一种方法，共分为两种：

1）压痕硬度。用一定形状的压针在规定压力下将压针压入塑料表面，将压痕深度值及压力换算成邵氏硬度值，称为邵氏压痕硬度，使用的压痕硬度计有A、C、D三种型号，测定的硬度值分别用H_A、H_C、H_D符号表示。硬度值用0～100读数表示。其中，H_A用于测定软质塑料和橡胶，H_C及H_D适用于测定较硬塑料及硫化橡胶。国家标准与ISO规定一致，只用H_A、H_D两种标准，其中H_A较软、H_D则偏硬。

2）反弹硬度。用顶端装有金刚石的总质量约为3g的冲头，从约300mm高度的玻璃管中垂直撞击试件表面，读取反弹高度值计算邵氏反弹硬度值，用HS符号表示。

测试国家标准为GB/T 2411—2008《塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度（邵氏硬度）》。

（2）球压痕硬度 测试国家标准为GB/T 3398.1—2008《塑料硬度测定 第一部分：球压痕法》。用规定直径的钢球，在规定负荷作用下压入试样，保持一定时间后以试样上的单位压痕面积所承受的压力表示硬度值，单位为N/mm²或MPa。该方法常用于测定较硬的塑料，是测量塑料硬度较理想方法，测量误差小，结果可比性好，仪器量程宽，重复性好。

（3）洛氏硬度 测试国家标准为GB/T 3398.2—2008《塑料 硬度测定 第2部分：洛氏硬度》。洛氏硬度有两种表示方法：

1）洛氏标尺硬度。用规定的压头对试样先施加初负荷，接着加主负荷，然后再回到初负荷，用前后两次初试负荷作用下压头压入试样的深度差计算洛氏标尺硬度，计算式为

式中，HR是硬度值；h是两次初试力下的压痕深度差（mm）；c是常数，c常取为0.002；k是换算常数，定值为130。

利用不同负荷及压头尺寸可分为E、L、M、R四种标尺，分别用HRE、HRM、HRL、HRR表示，如M标尺测得硬度为70，则用70HRM表示，但四者无可比性，彼此也无换算关系。洛氏标尺硬度一般用于测试硬塑料，R标尺适用于稍软料，M标尺适用于硬料。用同一标尺评定相同材料不同品级料的硬度时，如果不同品级料的硬度值超过50，则两者硬度差会很小，不利于评定质量。

2）洛氏α硬度法。规定用R标尺测量压入深度，计算洛氏α硬度，计算式为

HR_α=150-（h-c）式中，h是总试验力作用下压入深度，以每格0.002mm为单位；c是硬度计弹性变形常数，以每格0.002mm计。该方法适用于测定软质塑料，它与球压痕硬度之间可按下列经验公式模数：

HR_α=150-（448.6/H^0.813）

式中，H是塑料球压痕硬度。

洛氏硬度法操作简便，效率高，可测成品和半成品的硬度，使用不同尺标、负荷与压头可测各种软硬不同的材料，故应用较广。

（4）布氏硬度 布氏硬度方法是指用一定直径的测试球，在一定压力压入试样，保持一定时间后，以试样上的压痕深度或压痕直径计算单位面积上承受的力表示硬度的一种方法，布氏硬度用HB符号表示，常用于测试软钢、有色金属及硬塑料。(www.xing528.com)

（5）巴氏硬度 巴氏硬度又称为巴柯尔硬度，测试国家标准为GB/T 3854—2005《纤维增强塑料巴氏（巴柯尔）硬度试验方法》。巴氏硬度是一种压痕硬度。用特殊压头在一定弹簧力下压入试样，测压痕深度，可直接从巴氏硬度计读出硬度值，用于测定增强塑料制品、板材、型材的硬度。巴氏硬度计小巧玲珑，操作方便，便于现场使用。

（6）划痕硬度 它是用规定形状和材料的尖角在规定的负荷下刻划试样表面，以测量划痕宽度计算硬度的方法。用正方体金刚石尖角刻痕硬度的方法称为比尔巴姆试验法。用不同硬度的铅笔刻划硬度的方法称为柯氏法，常用于测定涂层硬度等。

2.影响硬度值的因素

1）试样。测试用的试样按GB/T 1040.1—2006《塑料 拉伸性能测定 第1部分：总则》及GB/T 2918—1998《塑料试样状态调节和试验的标准环境》的规定处置，各种试验方法中都有对应的试样标准，所以不符合标准的测定数据都会影响评定的正确性。

2）在压痕式试验方法中，初始压力大、试验压力小、测球直径大、压痕深度、试样厚度（厚度应大于4mm，过薄则数据不稳定）、读数时间（规定时间为对球压硬度保压时间30s，邵氏硬度为15s）等诸因素都会影响所测硬度值。且测点离边缘近时，则硬度值低，标准规定球压式边距不小于10mm，邵氏式不小于12mm。同时，为了测试精确性，一般应在各不同部位选取测试点，至少5点以上，取其算术平均值为测试结果。

3）温度、湿度及气压对测试结果也有影响，按GB 2918—1998标准的力学试验条件：温度为23℃±2℃；相对湿度为45%～55%，气压为86～106kPa（标准大气压为101.325kPa）。

由于硬度不是一个固定的物理常数，它与试验方法及条件等很多因素有关，因此不同方法的测定值不存在可比性，数学上也无换算关系，有些换算的经验公式误差较大，只能供粗略的估价，请读者注意这一点。

3.不同塑料的硬度对照表

1）布氏硬度、洛氏硬度、邵氏硬度三种硬度对照见表7-1。

表7-1 不同硬度标准硬度值对照表

2）部分塑料不同硬度标准对照见表7-2。

表7-2 部分塑料不同硬度标准对照表

（续）

注：百分数指质量分数。