塑料性能数据库的现状与发展

　　中国塑料bookmark0塑料性能数据库的现状与发展钟世云，张家宁，李鹏程（同济大学高分子材料系，上海200092）byUniformStandards）数据库和相关国际标准的内容，总结了我国塑料性能数据库的开发工作。通过对统一标准塑料性能数据库的历史、现状和发展趋势进行分析，指出了建设统一标准塑料性能数据库的必要性与迫切性。

　　塑料性能数据库是塑料CAD/CAE/CAM技术的基础。在我国，塑料件的CAD/CAE/CAM技术应用较少，新的塑料结构件自主开发能力相对较弱，与我国塑料性能数据库的缺乏有很大的关系。国家有关部门在限于当时的经济技术条件而没有得到很好的实施。3年前，中国工程塑料协会也提出了建设中国工程塑料数据库的目标，但至今仍然没有实质性的进展。世界上的塑料品种成千上万，让计算机来帮助塑料制品设计人员选择合适的塑料，一直是塑料制品设计人员的期望，也是许多塑料行业的研究人员努力的方向。但是，长期以来，各个塑料生产商往往使用不同的标准测试其塑料的性能，而同一个标准还可能规定了多种方法；甚至在同一个企业内，不同的塑料品种可能使用不同的标准测试。众所周知，塑料的性能与试样的成型条件和尺寸有密切的关系，因而，按照不同标准进行测试所获得的塑料性能数据没有可比较性，这就大大削弱了利用计算机来选择塑料的作用。同时，由于原来的很多塑料性能采用多种不同尺寸的试样进行检测，要获得全套的塑料性能数据需要许多的模具和制备试样的工作，消耗大量的人力物力。

　　20世纪80年代以来，世界发达国家纷纷建立塑料材料数据库。按照数据库的应用，可以将数据库分成两类，一类是库，另一类是数值和事实数据库。前者主要供科学研究用，一般为多用户的大型计算机数据库后者为人们提供塑料性能数据，主要供设计、加工和使用塑料的人员使用可以是大型计算机数据库但大多数是以PC机为基础的分立数据库。许多塑料生产商或者其它公司都从自己的需要建立了自己的数据库但是，人们一直无法从一个地方获得全部商品塑料的性能数据，而且，由于测试方法不同，数据也无法比较。用户想要从全部的商品塑料中比较和选择塑料则完全不可能。

　　1987年，德国的4家主要的塑料生产商（BASF、Bayer、Hoechst和HULs）决定联合起来，改变这一不利的局面。他们决定选择那些对大多数应用者都有用的性能项目作为塑料性能测试的基础，用统一的标准来测试塑料的性能，从而使塑料的性能具有可比较性。

　　为了经济可行，尽可能用最少的试样测试所需要的性能，即使用一个多用途试样来代替多种试样（），并且使用一样的模具来制造试样。ISO294即介绍了这样一副模具（）。他们首先采用1985年的德国标准规范所确立的基本数据项目，这个规范是在塑料的生产、加工和应用各方共同合作下制订的。他们同时决定，在此基础上建立一个在计算机上使用的数据库。1988年他们发布了数据库的第1版，命名为CAMPUS（ComputerAidedMaterialPreselectionbyUniformStandards，即统一标准下的计算机辅助材料选择系统）为了便于推广，在这个数据库的建设之初就确立了一个原则，即数据库的程序和数据能够放在一张软盘上。塑料性能数据由各个塑料生产商各自录入，并免费提供给用户。这种发行方式使得CAMPUS的影响迅速扩大，并不断有新的塑料生产商加入这个协议体系。1990年共有18家企业加入了CAMPUS体系，并推出了第2版，该版本除了基本的数据表格外，还增加了函数数据。此后，CAMPUS影响日益扩大，甚至成为制订统一的国际标准的推动力。要求塑料性能的表示采用国际单位、具有可比较性、采用更经济的方法进行表征等要求得到了许多跨国公司尤其是汽车质量保证体系在全球范围内进行统一管理。1993年，ISO 1035CP发布，该标准所列举的“单点数据”与德国标准规范基本对应；1994年，ISO 11403发布，该标准规定了所谓的“多点数据”的测定和表示方法，所谓“多点数据”是指以函数和（或）图形表示性能数据，例如应力应变曲线、粘度剪切速率曲线等。1994年中，有28家欧美的塑料生产商加入了CAMPUS体系，该年发布3.从第3版起，CAMPUS采用了国际标准。现在，加入CAMPUS的塑料生产商达到50多家，遍布欧洲、亚洲和北美，包括了世界上许多重要的塑料生产商。例如，除了德国的4个发起人以外，欧洲还有Shell、Phillips、北美有DuPont、GE、Dow、亚洲有韩国的LG、日本的Teijin等等。从CAMPUS 4.0起为Win-dows版，目前CAMPUS的最新版本为4.1，但仍然有部分生产商提供4. 0版的数据，两者差别不大。

　　1现状1，它的基础是ISO10350和ISO11403―1和ISO11403―2，记录的塑料性能项目见表1和表2.部分生产商提供从Internet免费下载程序和数据的服务，读者可以从www.campusplastics.com/adiess.htm上获得所需要的链接。但是，生产商免费提供的程序和数据只能在同一个生产商内部进行塑料的选择显然，生产商本身并不愿意让用户进行不同生产商之间的选择。若要进行这种选择，可以从德国Aachen +SoftwareGmbH购买一个名为MCBase的软件，它能将所有生产商的数据合并在一个数据库内进行使用。

　　除了表1和表2所列举的性能外，CAMPUS还提供了产品的基本信息，加工方法及加工条件的简要说明，还有一个特殊性能和一个关于添加剂的表格，表中用表1单点性能信息表性能符号标准试样尺寸单位测试条件及补充说明流变性能熔体容积速率MVRISO1133塑料cm3/10min测试条件根据塑料品种确定摄氏度纵向成型收缩率SMpISO294―4（热塑性）ISO2577（热固性）60X60X2%对于热塑性塑料，标准还没有规定可比较的保压压力横向成型收缩率SMnISO294―4（热塑性）60X60X2%另外，并不是所有塑料都包含了表1和表2所列举的所有性能，相反，有许多塑料仅记录了少数几项性能数据。显然，生产商仅仅优先提供大多数用户（或最重要用户）最关心的性能数据，毕竟，性能数据的测定是需要花费代价的。

　　拉伸弹性模量屈服应力屈服应变名义断裂伸长率50%定伸应力断裂应力断裂伸长率1h拉伸蠕变模量1000h拉伸蠕变模量23CCharpT冲击强度23CCharpy缺口冲击强度续表性能符号标准试样尺寸单位测试条件及补充说明拉伸缺口冲击强度23落锤冲击性能23°C最大冲击力直径20mm的锤从1m高度下落，冲击速度为4.4m/s 23t冲击能一30C最大冲击力一30C冲击能热性能熔点塑料玻璃化转变温度热变形温度（1.8MPa）热变形温度（0.45MPa）热变形温度（8MPa）维卡软化点纵向线膨胀系数多用途试样的中心横向线膨胀系数燃烧性LL94（标准厚度1.6级火焰燃烧性LL94（测试厚度）级级别为5VA，（N）表示不满足要求*50、500分别表示小火焰（50W0和500W/火焰燃烧性（氧指数）相对介电常数必须补偿电极边缘效应介电损耗因子体积电阻表面电阻击穿电压（强度）其它性能23C吸水率23C吸潮率（50%相对湿度）密度多用途试样的中心1183中所述的4种方法被认为是等价的材料的特殊性能粘数塑料指示密度（仅PE）流变学计算用性能熔体密度熔体的导热系数熔体的比热热扩散系数冻结温度表2性能变量参数符号第几部分，第几节测试标准ISO号码试样单位说明剪切模量温度续表性能变量参数符号第几部分，第几节测试标准ISO号码试样单位说明拉伸模量温度预备下一版列入应力应变温度试验速度5mms1可记录10个温度剪切模量剪切应变温度蠕变应力应变时间，温度每一温度记录110102，103和104h的应变蠕变剪切模量应变时间，温度比热焓差温度材料剪切粘度剪切速率温度Y的范围为3s比容温度压力在恒定压力下从最高温度以降温①最好用厚度1mm的压缩模塑试样。可选试样为：对热塑性塑料，按照ISO 294―3注射成型的60mmX60mmX1mm的板；对热固性塑料，按G‘为动态模量的实部，在1Hz士05Hz温度为一40°C到最高工作温度。

　　剪切模量和蠕变剪切模量是相对应力应变的比值，由CAMPLS程序计算得到。它们不是标准规定的项目以后将删除。

　　1SO11403所列项目中，尚有损耗因子、拉伸模量、简支梁（ChaW）冲击强度、简支梁（ChaW）缺口冲击强度、线膨胀系数没有列入CAMPLS中12我国塑料性能数据库的现状与国外相比，我国塑料数据库的建设一直处在起步阶段。仅有少数文报道了他们初步建设的数据库数据的规模和实用性都非常有限。塑料加工企业（用户）在试图选用国产塑料来代替进口塑料的过程中所遇到的最大问题是标准不统一。我们（同济大学高分子材料系）从1997年起，根据ISO10350开发了一个Windows版的数据库程序，主要作为计算机应用课程的教学来使用。作为教学程序，同时还集成了一个流动模拟模块和一个注射缺陷分析模块。其中单点数据的用户界面与CAMPUS类似（）。通过双击某个牌号塑料的任意一个位置，可以弹出该牌号塑料统供应稼i了几轮圆扇会议遇细讨论￡了了唪PUS的h峋hu避哺empoinsd7屯缺/vThwm的全部有效数据。同时，考虑到我国实际上并没有实施统一的塑料性能测试标准，可以方便地添加用户自己所需要的数据项目。

　　在多点数据方面，我们已经处理了粘度剪切速率、热性能和应力应变曲线。我们特别对粘度剪切速率数据进行了比较深入的处理，一方面将原始试验数据保存起来，并且记录试验数据的最大温度和剪切速率范围，以便在通过模型来计算任意温度和剪切速率下的粘度数据时提示用户，在这种范围内的计算才比较可靠；同时，提供三种最常用的粘度模型（即Carreau模型、Cross模型和Muenstedt多项式模型）的参数，可以将这些参数提供给流动分析的CAE程序使用。我们自己的流动分析软件就可以直接从这个材料数据库中获得计算所需要的参数。另外，还可以在同一图上比较不同塑料的流变性能。

　　面对加入WTO的挑战，我们希望，我国的塑料生产企业也能够联合起来，向用户提供统一标准下的可以相互比较的塑料性能数据，这将大大提高我国塑料材料的竞争力。作为选择我国的企业也可以加入CAMPUS体系。我们也可以根据目前中国的实际情况，通过行业协商，以ISO10350和ISO11403为基础，制定一个基本的塑料性能数据表格，在这个基础上，我们可以很快将现在的数据库开发成为一个中文环境的统一格式的塑料材料数据库。

　　2塑料材料数据库的未来发展趋势建设塑料数据库的目的是为了更好的应用。因此，除了数据库本身具有方便的查询功能外，未来发展的主要要求包括以下几个方面：（1）数据库具有与其它CAE程序的接口；（2）数据库应能够在企业的局域网上使用；（3）提供（积累）材料的应用实例信息和应用经验；（4）数据提供主要采用Internet下载的方式。下面分别加以讨论。

　　（1）与其它CAE程序的接口。过去，CAE软件为了便于用户使用，总是自带材料性能数据，但是，他们所具有的塑料性能主要局限于CAE计算所需要的数据，此外，塑料材料的品种牌号不断增加，用户很难对新的材料进行CAE分析。CAMPUS已经注意到了这个问题，在4.1版本中已经收录了流动分析所需要的流变数据和热性能数据，并且已经开发了一个与CAD一Mould（德国塑料加工研究所开发的著名模具CAE系统）的接口和一个与Abaqus（结构分析软件）的接口。同时，CAMPUS组织了世界上一些主要的模具CAE系内容和对CAD/CAE程序的意义。当然，由于每一个CAE软件的结构不同，要为所有软件提供接口有很多的工作要做。

　　在企业的局域网上使用。过去十几年，PC形式的独立数据库因为使用方便而获得了很大的发展，CAMPUS的巨大成功充分说明了这一点。但是，随着网络技术及其应用的发展，企业的产品数据在网络上实现共享成为一种必然的趋势。虽然今后几年PC数据库仍然将获得应用，新开发数据库时必须优先（至少同时）考虑基于服务器的版本。CAMPUS已经具有了网络版MCBase，其应用正日益增加，但MCBase不是免费提供的。

　　应用实例信息和应用经验。在使用材料性能数据库的过程中，用户能够建立自己的应用数据库，记录有关材料的应用信息和应用经验。这将使用户在未来的产品开发过程中可以利用以往的经验，从而大大缩短开发时间。

　　从Internet下载数据。这也是一种必然趋势。通过Internet下载数据，可谓方便快捷。用户必须经常与塑料生产上保持信息沟通，从而保证获得最新版本的数据。好在塑料产品的更新换代并不是一朝一夕之事。当然继续提供磁盘和手工输入数据的可能性也是必要的。例如，当塑料加工企业本身对塑料进行了改性。

　　3结语塑料性能数据库是塑料工业计算机应用的基础，高效的塑料数据库的基础是塑料性能的可比较性。按照统一的标准测试和表征塑料的性能，尽快建立统一标准下的塑料性能数据库是我国塑料工业应对加入WTO挑战的迫切任务。