热塑性聚氨酯弹性体降解性能测试,聚氨酯橡胶硬度测试

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）降解性能测试指南

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）降解性能测试需按降解类型（水解、热氧、光氧、生物降解）选择对应标准与方法，核心围绕质量损失、力学性能保留、结构变化、降解产物/ 矿化率四大指标开展，以下为分场景测试方案与关键参数。

核心测试类型与标准

表格

降解类型 适用场景 核心标准测试目标

水解降解 潮湿 / 水环境（如鞋材、涂层、管材）GB/T 3512、ISO 175:2010、ASTM D570 质量损失、力学性能衰减、官能团变化

热氧降解 高温长期服役（如密封件、灌封胶） GB/T7141、ASTM D1593 热重分析（TGA）、力学性能保留率、分子量变化

光氧降解 户外暴露（如户外涂层、薄膜） ASTMD6954-18、ISO 4892 黄变指数、表面形貌、力学性能衰减、光稳定剂残留

生物降解 堆肥 / 土壤 / 海洋环境 ISO14855、ISO 15985、ISO 23977-1 矿化率（CO₂/CH₄）、崩解程度、残留率

分类型测试方法与关键参数

（一）水解降解测试

样品制备：按 GB/T 42918.2-2023制备标准试样（如哑铃型、片状），尺寸 50×10×(2±0.2) mm，每组≥5个平行样全国标准信息公共服务平台全国标准信息公共服务平台。

测试条件

蒸馏水浸泡：ISO175:2010，70℃±2℃，周期 7/14/28/56 天。

湿热老化：ISO 4611:2019，98%RH±2%，85℃/85% RH 加速老化。

碱性水解：1mol/L NaOH溶液，30℃，模拟极端环境。

评价指标

质量损失：ASTM D570，精度0.1mg，计算损失率。

力学性能：拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量，计算保留率。

结构分析：FTIR检测氨基甲酸酯基团（-NHCOO-）衰减，GPC 测分子量变化。

（二）热氧降解测试

测试条件：热空气老化箱，温度70~120℃（按使用温度选择），周期 7/14/28 天，通风量≥2L/min。

评价指标

外观：颜色变化（ΔE）、表面裂纹、起泡。

热稳定性：TGA，升温速率10℃/min，氮气氛围，测 T₅（5% 失重温度）、Tₘ（Zui大失重温度）。

力学性能：同水解测试，对比老化前后保留率。

（三）光氧降解测试

测试条件

加速老化：氙灯老化箱，辐照度0.35~0.50W/(m²・nm)，340nm，83℃±3℃，周期 100/300/1000h。

户外暴露：自然环境，固定角度（45°），定期取样（1/3/6/12个月）。

评价指标

外观：黄变指数（YI）、光泽度变化。

表面形貌：SEM观察裂纹、孔洞、粗糙度。

性能衰减：拉伸强度保留率、断裂伸长率衰减。

结构变化：FTIR检测羰基指数（CI）、双键生成。

（四）生物降解测试

堆肥环境（有氧）

标准：ISO 14855-1/2，堆肥基质（含水率60%±5%，pH 6.5~7.5），温度 58℃±2℃。

评价：CO₂释放量，计算矿化率（理论CO₂为基准），180 天矿化率≥90% 为可堆肥级。

厌氧消化环境

标准：ISO 15985、ASTMD5511，高固体厌氧消化（固含≥20%），接种厌氧污泥，35℃±1℃。

评价：CH₄+CO₂总产气量，计算生物降解率，周期90~180 天。

土壤 / 海洋环境

土壤：ASTM D5988-18，28℃±2℃，培养90 天，测 CO₂释放量。

海洋：ISO 23977-1，海水 +沉积物，15~28℃，Zui长 2 年，测 CO₂释放量。

通用测试流程与注意事项

样品预处理：按 GB/T2918-2018，23℃±2℃、50% RH±5% 状态调节 48h，确保性能稳定。

平行样要求：每组≥5个平行样，结果取平均值，相对偏差≤10%。

数据表征

定量：质量损失率、力学保留率、矿化率、热重参数。

定性：FTIR（官能团）、SEM（形貌）、GPC（分子量）、XPS（表面元素）。

安全与合规：化学试剂（如NaOH）按规范操作，生物测试需做好生物安全防护，避免微生物污染。

典型应用场景测试组合

户外涂层 TPU：光氧降解（氙灯 + 户外）+水解降解（湿热）+ 力学性能跟踪。

可堆肥 TPU 制品：堆肥生物降解（ISO14855）+ 崩解程度测试。

工业密封件：热氧降解（高温空气）+水解降解（模拟工况液体）+ 密封性能测试。

关键标准与设备清单

（一）核心标准

水解：ISO 175、GB/T3512

热氧：GB/T 7141、ASTMD1593

光氧：ASTM D6954、ISO4892

生物降解：ISO 14855、ISO15985、ISO 23977-1

（二）必备设备

环境类：恒温恒湿箱、氙灯老化箱、热空气老化箱、厌氧培养箱

分析类：FTIR光谱仪、SEM、GPC、TGA、CO₂/CH₄分析仪、wanneng试验机

基础类：分析天平（精度 0.1mg）、干燥箱、pH计

聚氨酯橡胶硬度测试以 ** 邵氏硬度（ShoreA/D）** 为Zui常用方法，辅以 IRHD、洛氏、球压痕等方法，需严格遵循 GB/T 39693.4、ASTM D2240、ISO48-4 等标准。

核心测试方法与适用范围

1. 邵氏硬度（Shore）——shouxuan方法

Shore A：软质 /中硬度聚氨酯（如弹性体、密封件、软胶辊），硬度范围10–90 Shore A

ShoreD：硬质聚氨酯（如弹性体、硬泡、复合材料），硬度范围20–90 Shore D

ShoreOO/AO：极软聚氨酯泡沫、微孔材料

Shore M：薄样、微小试样

2. 国际橡胶硬度（IRHD）

适用：精密弹性体、薄件、小试样，结果更稳定

标准：ASTM D1415、ISO48

3.洛氏硬度（Rockwell）

适用：高硬度聚氨酯、填充 /增强复合材料

标准：GB/T 230.1、ASTMD785

4. 球压痕硬度

适用：硬质聚氨酯、塑料、板材

标准：ISO 2039-1、GB/T3398.1

主要标准依据

中国：GB/T 39693.4-2025（替代GB/T 531.1-2008）、GB/T 6031

国际：ISO 48-4:2018、ISO7619-1:2010、ISO 868

美国：ASTM D2240、ASTMD1415

邵氏硬度测试要点（ShoreA/D）

1. 仪器要求

硬度计：A 型（压针直径0.79mm，弹簧力8.06 N）、D 型（压针直径0.1 mm，弹簧力44.5 N）

支架：保证垂直加载，避免手动误差

校准：用标准硬度块定期校准

2. 试样制备（关键）

厚度：≥6 mm（多层叠加总厚≥6 mm，Zui多 3层）

尺寸：≥50×50mm，表面平整无气泡、划痕、杂质

状态：硫化 / 成型后 **≥16 h**方可测试

环境：温度23±2℃，相对湿度50±5%，恒温**≥3 h**

3. 测试步骤

硬度计垂直置于试样表面，无倾斜、无冲击

压针完全接触后，15±3 s内读数（GB/T39693.4）

每个试样测3–5 点，点间距 **≥6mm**，距边缘 **≥12 mm**

取算术平均值，保留1 位小数

4. 结果判定

Shore A：

Shore D：

IRHD测试要点（精密型）

压头：1.0 mm钢球，加载力分级（如N、H、M级）

流程：预压→主压→保压30s→读数

优势：薄件（≥1mm）、小试样精度更高，数据重复性好

常见问题与注意事项

试样太薄：读数偏低，必须叠加至 **≥6mm**

温度影响：温度每升高10℃，硬度约降2–5Shore A

表面缺陷：气泡、划痕导致数据离散，需重新制样

读数时间：超时读数偏低，严格控制在15s内

校准缺失：未用标准块校准，结果不可信

测试报告内容（GB/T39693.4）

标准编号、方法（ShoreA/D/IRHD）

试样信息：名称、材质、厚度、状态

环境条件：温度、湿度

仪器型号、校准信息

各点读数、平均值、标准差

测试日期、人员、编号

方法对比与选择建议

表格

方法 适用硬度 试样厚度 精度应用场景

Shore A 10–90 A ≥6 mm 中软质弹性体、密封件

Shore D 20–90 D ≥6 mm 中硬质弹性体、硬泡

IRHD 全范围 ≥1 mm 高精密件、薄件、小试样

洛氏 高硬度 ≥6 mm 中复合材料、高硬制品

球压痕 高硬度 ≥4 mm 中板材、硬质塑料