ASTM D3574 彈性發泡材測試

以聚氨酯發泡材所製彈性多孔聚合材、板材與模製零件的機械測試

ASTM D3574 是評估彈性多孔材的重要標準，內含密度、拉伸強度、壓縮與疲勞行為等物理機械性質的測試。ASTM D3574 標準專用於製作家具、床墊與汽車零件。該標準藉由提供標準化材料測試方法，協助製造商確保產品的品質、舒適性及耐用性。

以下內容概述最常用的 ASTM D3574 測試，需要使用 ZwickRoell 萬能試驗機與特定測試治具。如要獲得更全面的資訊，我們建議向Beuth Verlag 或透過ASTM 購買該標準。

總覽所有試驗試驗 A 密度試驗 B 壓痕力試驗 C 壓縮力試驗 E 拉伸強度 Test F 抗撕裂性試驗 H 彈性（球回彈）試驗 I _1-5疲勞測試 Test J - L 老化

自動化彈性發泡材測試試驗機洽詢

總覽所有 ASTM D3574 測試

ASTM D3574 標準包括 19 項不同測試，依以下性質為發泡材分類。標記*的測試需使用 ZwickRoell 試驗機及測試治具。

試驗 A：表觀密度（詳見 ISO 845）
試驗 B₁：壓痕力撓度 - IFD（指定撓度）和 B₂（壓痕剩餘標距長度）- 指定力：壓痕硬度*（詳見ISO 2439 ）
試驗C: 壓縮力撓度 / 壓縮應力 - 應變特性*（詳見ISO 3386 ）
試驗 D: 恆定變形壓縮組測試
試驗 E：拉伸強度*（詳見 ISO 1798）
試驗 F：抗撕裂性*（詳見 ISO 8067）
試驗 G：氣流測試
試驗 H：回彈性（落球反彈）測試* （詳見 ISO 8307、DIN 13014）
測試 I₁ 至 I₄: 針對不同類型的負載應用對發泡材進行預測試和後測試。I₁ 是一種靜態測試，測試 I₂至 I₄ 則為疲勞測試*（詳見ISO 3385：高週疲勞測試）
試驗 J 至 L：不同環境條件下的老化測試*
試驗 M: 恢復時間
Test N: 磁滯損耗

ASTM D3574 試驗 A 及 ISO 845

ISO 845 與 ASTM D3574 測試 A 皆說明以彈性發泡材試樣重量與體積計算其表觀密度的測定方法；其單位為 kg/m³。

表觀密度可透過將 ZwickRoell 精密刻度尺連接到 testXpert 測試軟體的方式而直接測定。

依 ASTM D3574 B2 測定彈性發泡材壓縮測試中的IRGL（壓痕剩餘標距長度）數值

ASTM D3574 試驗 B

依 ASTM D3574測定壓痕硬度時，_B1與_B2 兩種方法有所區別：

B₁與 B ₂的目的、應用及結果：

ASTM D3574 測試 B ₁IFD 是一種壓痕力偏轉測試，其所測力道需用於產生發泡材在指定壓縮率為 25% 與65% 時的特定凹痕。其測定硬度以 25% 與 65% 的牛頓力（又稱 IFD 值）表達。
ASTM D3574 測試 B ₂（IRGL 測試 )是指壓痕剩餘標距。此測試主要目的是在測定發泡材內裝應有厚度，以確保普通人乘坐時的舒適度。因此，加載 4.5 N、110 N 及220 N 指定力道後，ASTM D3574 B2 可用於測量發泡材試樣的剩餘標距長度（厚度）。其結果以mm 顯示為 IRGL 數值。

根據 B₁ 和 B₂測試試樣：

測試 B₁定出測量標準試樣（塊狀發泡材）壓痕硬度的實驗室方法， ASTM D3574 B ₂ 則載明，若可能，應對成品待測（模製發泡材）進行測試，只要能在平坦的表面上進行測試即可。
ASTM D3574 B₁ 的標準試樣取自成品特定節段，其尺寸至少為380 mm x 380 mm x 100 mm。

Eindrückhärte nach ISO 2439 und ASTM D3574

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影片：壓痕硬度根據 ASTM D3574 試驗 B

執行測試、測試設備及測試結果：

此測試指定使用了 ASTM D3574 試驗 B 中所定義之治具，以及直徑 203 mm 的扁平圓形壓頭。 B1 與 B2 方法的標準合規測試下的彈性發泡材皆可使用 ZwickRoell 壓縮治具。將成品（B1）或標準試樣（B2）壓至400 X 400 mm 板面，其上開有通風孔，以便於測試期間快速將氣流排出。

測試期間，依精確定義條件測量彈性發泡材的形變行為，並將其顯示於施力-壓痕位移圖。此測試循環包括了預先加載的循環以用於調節試樣，隨後並測定特徵值。

ISO 2439 與 DIN 53579-1 以及汽車產業的一系列特定測試方法中也對對壓痕硬度進行了描述。針對這些測試，ZwickRoell 也提供了合適的測試治具。

壓縮應力值符合 ASTM D3574 試驗 C，包含有標準發泡材試樣的測試治具詳圖

ASTM D3574 測試 C

ASTM D3574 測試 C說明彈性發泡材的壓縮力偏轉測試，以確定其壓縮力。此測試旨在測量於已定義在發泡材試樣全部表面上達成 50% 壓縮所需的施力。

符合 ASTM D3574 試驗 C 的試樣：

依 ASTM D3574 試驗 C 所建議標準試樣的最小尺寸為 50 x 50 x 25 mm，較大標本為優選的。表面尺寸應至少為 2500 mm²，最小厚度為 20 mm。

聚合物發泡材壓縮應力值符合 ASTM D3574 試驗 C

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影片：根據 ASTM D3574 試驗 C 進行壓縮硬度測試

執行測試、測試設備及測試結果：

ASTM D3574 試驗 C 描述了整個試樣表面的壓縮應力。壓縮板須大於待測試樣閉孔發泡材於壓縮板上需有6.5 mm 通風孔
此測試含有 75% 至 80% 原始厚度的 2 個預載循環，接續測量循環，試樣則壓縮至其厚度的50%初始高度對測試結果很重要，並於測量週期前直接測定（於 ISO 3386 則為首次預載週期前）。
測試結果為測量週期後的試樣厚度（以 mm 為單位）與壓縮施力 CFD（以 kilopascals 為單位），又稱為承載能力、壓縮應力-應變特性、CFD 或 CLD 測試。

ISO 3386 標準以及汽車業一系列特定測試方法中，對壓痕硬度也有說明，但技術內容稍有差異。兩種方法的結果無法直接比較。

ASTM D3574 試驗 C - 特殊測試技術要求

ASTM D3574 試驗 C 的壓縮應力-應變曲線測量就測試技術，提出若干特殊要求：

機器形變校正：負載框架與力感測器顯示出固有變形；意即壓縮板距離實際上大於指定值。固有形變可透過 ZwickRoell testXpert 測試軟體記錄，並用於校正。於測試期間，校正必須在線上進行，以確保在維持時間內的正確壓縮板距離。
特殊軟體功能包括記錄與計算試樣厚度、預先計算壓縮百分比、處理兩徑零點及兩試樣厚度（若需要）、計算結果和報告的標準合規性。

ASTM D3574 試驗 E 拉伸強度

ASTM D3574 試驗 E 標準中測定拉伸負載對發泡材的影響。除記錄應力-應變圖外，也聚焦於測定最大拉伸強度及斷裂應變值。此方法用於比較材料及品質控管用途。

ISO 1798 也涉及彈性發泡材的拉伸試驗，但技術內容有別，無法直接比較兩種方法的結果。

符合 ASTM D3574 試驗 E 的試樣：

這些試樣通常取自成品零件或板材。它們必須按照標準中定義的啞鈴形式（肩部試樣）精確地用模具沖壓成型。模具須鋒銳無凹痕，以防試樣有邊緣磨損情形。優選的試樣對應於 ASTM D412 的肩部試樣，長 140mm，厚 3 至 14 mm。 ZwickRoell 提供配備標準化刀片的平面切割機。

執行測試與試驗機需求：

拉力試驗機須配備荷重元以便於測量最大應力。（zwickiLine 圖示）
可用附有扁平夾面插件的橫向螺絲夾或氣動夾加以緊固。此類部件可於夾面施加均勻壓力，並隨張力提升而增加，以防試樣滑動。（試樣夾具圖示）
伸長率可藉由感測器臂延伸計、非接觸式延伸計或橫樑行程加以測量。夾於試樣上的夾持式延伸計一般而言不適用於彈性發泡材。為測量斷裂應變，ZwickRoell 提供機械式和光學式長行程延伸計，以記錄指定標距長度範圍內試樣的延伸量。

ASTM D3574 試驗 F 抗撕裂性

ASTM D3574 試驗 F 描述了預破壞發泡材抗撕裂性的測定。

符合 ASTM D3574 試驗 F 的試樣為 A 型試樣，尺寸為 152.4 mm（6”）x 25.4 mm（1”）x 25.4 mm（1”），並沿其邊緣切出 40 mm（1.5 ”）切口（褲形試樣）。

ISO 8067 標準涉及相同主題，但其試樣類型有別，因此結果無法直接比較。ASTM D3574 試驗 F 僅允許使用 A 型褲形試樣/塊狀試樣， ISO 則允許使用標準化角度試樣。在實驗室測試中，方法 A（褲形試樣）的散度高達 36%，依 ISO 8067（角件試樣）的方法 B 的散度則高達 12%。

抗撕裂測試可用 zwickiLine 機電試驗機進行。由於測試力比較小，應在採用的負載範圍內使用準確度等級為 Class 1 的荷重元測試。不必進行位移測量，因為抗撕裂強度是依測試中所測最大施力與試樣平均厚度計算而得：抗撕裂強度：N/m = F/T x 10³

我們的 testXpert 測試軟體假定測試序列並按照標準評估抗撕裂性。

ASTM D3574 試驗 H 及 ISO 8307 回彈性

在 ASTM D3574 試驗 H 中，透過將鋼球墜落至發泡材試樣上，並測量其回彈高度可測得回彈性。ASTM D3574 試驗 H 與 ISO 8307 相同。

ZwickRoell 落球回彈試驗機符合標準要求，由垂直透明塑膠管組成，從 500 mm 高處將直徑 16 mm/16.3 g 的鋼球墜落其中。回彈高度則以光幕測量。結果會自動評估。

ASTM D3574 試驗 J, K, L 老化測試

ASTM D3574 試驗 J、K 和 L 描述了不同類型的加速老化測試，這些測試研究氧化和（或）水解對發泡材機械性能的影響。

老化測試 J：蒸汽加壓滅菌器的老化效應（詳見 ISO 2440）
老化測試 K：熱風循環烘箱內乾熱老化效應（詳見 ISO 2439）
老化測試 L：環保箱內濕熱老化效應（無 ISO 等效值）

此方法的原理可應用於許多屬性。首先，測試依上述未處理狀態進行，並加以測量。然後於老化狀態下（如熱老化：140 °C 下達 7 天；或水解老化：120 °C 下達 5 小時）重複此操作。

可以選擇性地透過加熱進行老化。阿瑞尼斯（Arrhenius ）方程式說明化學反應隨時間而加速。根據范特霍夫（van’t Hoff ）法則，溫度每升高 10 °C，化學反應速率就會加倍。

ASTM D3574 試驗 I 疲勞測試

ASTM D3574 試驗 I ₁至 I₅描述了對發泡材進行恆定負載疲勞測試的五種方法：

試驗 I₁：恆定偏轉靜態測試
試驗 I₂：恆定滾剪力動態疲勞測試
試驗 I₃：恆定負載衝擊的動態疲勞試驗（相當於 ISO 3385 ）
試驗 I₄：地毯坐墊的動態疲勞測試
試驗 I₅：恆定偏轉衝擊動態疲勞測試

ASTM D3574 I₃ 疲勞測試的目標與目的

ASTM D3574 I3 疲勞測試（恆定負載衝擊測試）的目標是透過恆定機械負載測定發泡材長期行為/老化。例如，測試可以代表汽車座椅在汽車行駛時承受的負載。

根據 ASTM D3574 I3 進行疲勞測試：

完整的測試分為三個階段：

階段 1 ：初始測量：依 ASTM D3574測試 B1 的 IFD 數值，於 40% 壓縮（或 ISO 2439 的方法 A ）下測定壓痕硬度，以及預載 4.5 N +/- 0.5N 後初始高度（d1）。
階段 2： 疲勞測試於 1.17 Hz 頻率利用較試樣大的圓形壓頭與穿孔下壓縮板，對尺寸 380 x 380 mm 發泡材試樣施加 750 N +/- 20 N 的指定壓縮負載。
使用疲勞試驗機依照程序 A 對試樣進行 8,000 次循環（約 2 小時），或依據程序 B 進行 80,000 次循環（約 19 小時）。程序 C 需以較慢速率（約 20 小時）進行 12,000 次循環，特別適用於黏彈性發泡材。
階段 3：重複階段 1 的測量，從而自首次測量中獲得初始高度（和壓縮零點）。

結果為測定硬度損失（以 kPa 為單位的 IFD 差值） 與高度損失/試樣厚度（(d1-d2)/d1 x100%）

依 ASTM D3574 測試 I3 執行疲勞測試的疲勞試驗機：彈性發泡材疲勞測試

若測試量龐大且欲依標準規範以可重複、重製且可靠的方式測試發泡材，

ZwickRoell 可針對彈性發泡材自動執行幾乎所有測試 — 我們於這一領域已擁有多年經驗。我們的 roboTest R 將是您進行這些試驗的首選測試系統。

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影片：發泡材料的自動化測試

roboTest R 自動化測試系統用於根據 ASTM D3574 及其他眾多標準進行壓縮測試的重量和尺寸測量。

根據 ASTM D3574 進行彈性發泡材測試的試驗機

針對 ASTM D3574 的彈性發泡材測試，ZwickRoell 提供全面的產品組合：

zwickiLine 系列萬能試驗機適用於根據 ASTM D3574 試驗 B 壓痕力、試驗 C 壓縮力、試驗 E 拉伸強度與試驗 F 抗撕裂強度的標準試樣測試方法，並有四種不同的負載範圍（0.5/1/2.5/5 kN）與三種負載框架高度。
ProLine 系列的萬能試驗機也可用於組件測試與安裝寬達 400 mm 的壓縮板，並執行更大施力測試。
我們的 CLine 試驗機專用於大小型模製發泡材的測試。透過 Fmax 5 kN 或 10 kN 與其搭載鉸鏈的桌板，該試驗機也可利用滑台進行座椅測試（1000 x 1450 mm）及床墊測試（1000 x 2000 mm），使其格外適於控制常規生產。
機電試驗機（機電伺服測試促動器）具有高載速，可用於測定壓痕硬度與壓縮硬度，並藉由其簡易的轉換性而可用於疲勞試驗。透過選購改裝設備，也可配合對應的環境箱進行在特殊氣候區域中的老化測試。