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1、第十八章 塑料材料性能表征与测试1第一页，本课件共有48页折射率、透光性和雾度折射率、透光性和雾度电学性能介电性能介电性能光学性能老化性能老化试验老化试验2第二页，本课件共有48页18.4 老化性能老化性能1.概述概述n定义定义 高分子材料高分子材料在加工、使用、贮存过程中，受在加工、使用、贮存过程中，受到光、热、氧、潮湿、水分、机械应力和生到光、热、氧、潮湿、水分、机械应力和生物等因素影响，引起微观结构的破坏，失去物等因素影响，引起微观结构的破坏，失去原有的物理机械性能，最终丧失使用价值，原有的物理机械性能，最终丧失使用价值，这种现象称为这种现象称为老化老化。3第三页，本课件共有48页老化老
2、化降解降解交联交联高分子化学键受到光、热、机械高分子化学键受到光、热、机械力等因素的影响，分子链发生断力等因素的影响，分子链发生断裂，裂，Mn，变软发粘，强度模量，变软发粘，强度模量断裂的自由基相互作用产生交联结断裂的自由基相互作用产生交联结构，变硬变脆，延伸率构，变硬变脆，延伸率n类型类型 4第四页，本课件共有48页化学因素：化学因素：水、醇、酸水、醇、酸物理因素：物理因素：热、光、辐射、机械力热、光、辐射、机械力物理化学因素：物理化学因素：热氧、光氧热氧、光氧生物因素：生物因素：微生物、海洋生物微生物、海洋生物影影响响因因素素内因内因外因外因化学结构化学结构物理形态物理形态立体规整性立体规
3、整性分子量分布分子量分布微量金属杂质或其他杂质微量金属杂质或其他杂质n影响因素影响因素 5第五页，本课件共有48页2.老化试验老化试验自然老化试验自然老化试验 大气暴露大气暴露 加速大气暴露加速大气暴露 仓库贮存仓库贮存人工老化试验人工老化试验 人工气候老化人工气候老化 热老化热老化 湿热老化湿热老化 霉菌霉菌 盐雾盐雾6第六页，本课件共有48页（1）大气老化试验）大气老化试验n选择当地每年温湿度同时出现较高的季节作为选择当地每年温湿度同时出现较高的季节作为暴露季节暴露季节n分两组：一组室外暴露，一组室内存放。一定分两组：一组室外暴露，一组室内存放。一定周期同时检测周期同时检测n看外观，测力学
4、性能。冲击、弯曲，暴露面作看外观，测力学性能。冲击、弯曲，暴露面作为冲击面或受压面为冲击面或受压面n暴露检测一般不少于暴露检测一般不少于5年，取样年，取样0.5、1、2、3、5、7、10年年7第七页，本课件共有48页（2）加速大气暴露试验加速大气暴露试验跟踪试样暴露架跟踪试样暴露架带反光镜的跟踪试样暴露架带反光镜的跟踪试样暴露架有喷雨的带反光镜的跟踪试样暴露架有喷雨的带反光镜的跟踪试样暴露架试样施加应力的暴露架试样施加应力的暴露架试样框架由电机带动，从日出试样框架由电机带动，从日出到日落，阳光始终垂直照射，到日落，阳光始终垂直照射，更多接受辐照能量，加速老化更多接受辐照能量，加速老化在框架上装
5、有反射镜，将阳光反射聚集到试样上，使在框架上装有反射镜，将阳光反射聚集到试样上，使试样受到强烈得多的阳光辐射，加速老化效果较明显试样受到强烈得多的阳光辐射，加速老化效果较明显加装有鼓风机和喷水装置，对试样降温增加湿度，更接近于加装有鼓风机和喷水装置，对试样降温增加湿度，更接近于强化的湿热气候条件，加速效果显著强化的湿热气候条件，加速效果显著8第八页，本课件共有48页优点：优点：接近大气暴露试验接近大气暴露试验时间短时间短n缺点：缺点：n设备投资高设备投资高n集光后照射面积小，试样量少集光后照射面积小，试样量少n装置长期暴露易损坏装置长期暴露易损坏9第九页，本课件共有48页沸水泡煎方法沸水泡煎方
6、法人工气候试验人工气候试验湿热老化试验湿热老化试验盐雾试验盐雾试验霉菌试验霉菌试验（3）人工加速老化试验人工加速老化试验 人工加速老化试验是一类在实验室内用各种人工加速老化试验是一类在实验室内用各种老化箱进行老化的试验方法老化箱进行老化的试验方法10第十页，本课件共有48页优点优点耐湿老化，简便易行快速耐湿老化，简便易行快速适用于有空隙和界面的非均相材料适用于有空隙和界面的非均相材料A 沸水泡煎方法沸水泡煎方法 96.5-98.5下水煮下水煮8h，80下干燥下干燥1h，相当于，相当于印度半岛南端暴晒半年印度半岛南端暴晒半年n缺点缺点n忽视日光忽视日光n局限性：不适用于耐热不良、易水解树脂局限性
7、：不适用于耐热不良、易水解树脂11第十一页，本课件共有48页B 人工气候试验人工气候试验按光源分类按光源分类n 紫外碳弧灯紫外碳弧灯n 阳光碳弧灯阳光碳弧灯n 氙灯型氙灯型12第十二页，本课件共有48页人工气候箱人工气候箱模拟大气环境中的因素模拟大气环境中的因素n 光光*n 热热n 氧氧n 湿度湿度n 降雨降雨13第十三页，本课件共有48页装置组成装置组成n 样品实验室样品实验室n 光源系统装置光源系统装置n 调温调湿装置调温调湿装置n 人工降雨装置人工降雨装置n 其他辅助设备其他辅助设备评价新材料评价新材料性能和适用性性能和适用性14第十四页，本课件共有48页C 湿热老化湿热老化有些聚合物对
8、湿热因素比较敏感，在湿热作用下有些聚合物对湿热因素比较敏感，在湿热作用下容易生霉或老化变质容易生霉或老化变质n水分子对材料具有一定的渗透作用，尤其在热的作用水分子对材料具有一定的渗透作用，尤其在热的作用下，加速渗透，深入内部聚集形成水泡下，加速渗透，深入内部聚集形成水泡n水与材料发生化学或物理作用，加速材料老化水与材料发生化学或物理作用，加速材料老化n热使材料膨胀，分子间隙增加，有利于水分子进入，热使材料膨胀，分子间隙增加，有利于水分子进入，加速老化加速老化湿老化主要表现湿老化主要表现n 试验温度：试验温度：40-60 ，最高，最高70n 相对湿度：相对湿度：95%15第十五页，本课件共有48
9、页3.防老措施防老措施内因：内因：改变结构：聚合加工工艺、改性改变结构：聚合加工工艺、改性外因：外因：加入抗氧剂、光稳定剂等加入抗氧剂、光稳定剂等 针对影响因素提出防老措施针对影响因素提出防老措施16第十六页，本课件共有48页导电性能导电性能介电性能介电性能18.5 18.5 电学性能电学性能电学性能材料在外加电压或电场作用下的行为及其所表现材料在外加电压或电场作用下的行为及其所表现出来的各种物理现象出来的各种物理现象17第十七页，本课件共有48页18.5.1导电性能导电性能1.电阻率与导电电阻率与导电电阻率电阻率评定导电性的基本参数，也是表征材料评定导电性的基本参数，也是表征材料本身特性的基
10、本参数本身特性的基本参数 1010 m，绝缘体 二者之间，半导体L长度长度S横截面积横截面积18第十八页，本课件共有48页n导电高分子研究，聚乙炔掺杂后，电导率导电高分子研究，聚乙炔掺杂后，电导率提高了提高了1000万万倍倍（接近铝、铜）（接近铝、铜）Alan J.HeegerAlan G.MacDiarmid Hideki Shirakawa 2000年年Nobel 化学奖化学奖Heeger、MacDiarmid(美美)、白川英树、白川英树(日日)19第十九页，本课件共有48页n白川英树白川英树（Shirakawa）从事聚乙炔聚合机理研究，韩）从事聚乙炔聚合机理研究，韩国研修生出现幸运的失误
11、，使白川得到银色聚乙炔膜。国研修生出现幸运的失误，使白川得到银色聚乙炔膜。偶然的机遇，偶然的机遇，麦克迪尔米德（麦克迪尔米德（MacDiarmid）首先注意）首先注意到白川的聚乙炔膜。到白川的聚乙炔膜。n三人在美国合作研究，两个月后，聚乙炔的电导率三人在美国合作研究，两个月后，聚乙炔的电导率提高了提高了7位数。位数。n黑格黑格（Heeger）为了说明聚乙炔的导电性，提出孤为了说明聚乙炔的导电性，提出孤子的概念，才有了子的概念，才有了薄膜显示材料的诞生。薄膜显示材料的诞生。20第二十页，本课件共有48页结构型导电高分子材料结构型导电高分子材料：高聚物自身具有共扼高聚物自身具有共扼键等特殊结构而具
12、备导电功键等特殊结构而具备导电功能，如聚乙炔、聚苯胺（能，如聚乙炔、聚苯胺（PAn）、聚吡咯（）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（）、聚噻吩（PTh）、聚对苯（）、聚对苯（PPP）、聚苯）、聚苯亚乙烯（亚乙烯（PPV）等）等 复合型导电高分子材料复合型导电高分子材料：在高聚物中添加炭黑（在高聚物中添加炭黑（CB）、石墨（）、石墨（GP）、）、碳纤维或金属粉末等导电物质碳纤维或金属粉末等导电物质 21第二十一页，本课件共有48页表面电阻：表面电阻：在试样的某一表面上两电极间在试样的某一表面上两电极间U/I 表面电阻率：表面电阻率：单位面积内的表面电阻，单位面积内的表面电阻，s。s不是表征材料本身特性的
13、参数，而是一个有关材料表不是表征材料本身特性的参数，而是一个有关材料表面污染特性的参数。测得的表面电阻率值主要反映被测面污染特性的参数。测得的表面电阻率值主要反映被测试样表面污染的程度。试样表面污染的程度。R Rs s：试样表面电阻，：试样表面电阻，：试样表面电阻，：试样表面电阻，D D1 1：测量电极直径，：测量电极直径，：测量电极直径，：测量电极直径，cmcmD D2 2：保护电极直径，：保护电极直径，：保护电极直径，：保护电极直径，cmcm2.表面电阻率表面电阻率22第二十二页，本课件共有48页表面电阻仪表面电阻仪23第二十三页，本课件共有48页体积电阻：体积电阻：在试样的相对两表面上放
14、置的两电极在试样的相对两表面上放置的两电极间间U/I=Rv体积电阻率：体积电阻率：单位体积内的体积电阻，单位体积内的体积电阻，vv可作为选择可作为选择绝缘材料绝缘材料的一个参数，随温度和湿的一个参数，随温度和湿度的变化而显著变化。度的变化而显著变化。Rv：试样体积电阻，试样体积电阻，S：测量电极有效面积，：测量电极有效面积，m2d：试样厚度，试样厚度，m3.体积电阻率体积电阻率24第二十四页，本课件共有48页18.5.2 介电性能介电性能1.极化极化极化：极化：介质在外加电场的作用介质在外加电场的作用下产生感应电荷的现象。下产生感应电荷的现象。电介质电介质电介质电介质电介质极化示意图电介质极化
15、示意图电介质极化示意图电介质极化示意图电介质：电介质：在电场作用下，能建立在电场作用下，能建立极化的一切物质。通常是指电阻率极化的一切物质。通常是指电阻率大于大于10101010 cmcm的一类在电场中以的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质。性能的物质。介电常数、介电损耗、介电强度介电常数、介电损耗、介电强度电介质主要电介质主要性能：性能：25第二十五页，本课件共有48页2.介电常数介电常数n介电常数介电常数：表征电绝缘材料介：表征电绝缘材料介质极化的一个宏观参数，它是质极化的一个宏观参数，它是将材料作为电容器介质时，电将材料作为电容器介质时，
16、电容与真空为介质对同尺寸电容容与真空为介质对同尺寸电容器的电容之比器的电容之比Q 有介质存在进行充电时极板上的总电荷有介质存在进行充电时极板上的总电荷Qb 纯粹因电介质极化引起极板上的感应电荷纯粹因电介质极化引起极板上的感应电荷Q0 电极间为真空时充电极板上的电荷电极间为真空时充电极板上的电荷QQ0 0QQ26第二十六页，本课件共有48页n nC C 平板电容器放入介质时的电容量平板电容器放入介质时的电容量平板电容器放入介质时的电容量平板电容器放入介质时的电容量n nC C0 0 电极间为真空时的电容量电极间为真空时的电容量电极间为真空时的电容量电极间为真空时的电容量27第二十七页，本课件共有
17、48页3.介电损耗介电损耗n电介质材料在交变电场作用下电介质材料在交变电场作用下由于发热而消耗的能由于发热而消耗的能量量称为称为介电损耗介电损耗n原因：原因：n 电导（漏导）损耗：电导（漏导）损耗：通过介质的漏导电流引起的通过介质的漏导电流引起的电流损耗电流损耗n极化损耗：极化损耗：电介质在电场中发生极化取向时，由于极电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗28第二十八页，本课件共有48页例：例：聚合物作电工绝缘材料、电缆包皮：聚合物作电工绝缘材料、电缆包皮：介电损耗越介电损耗越小越好。小越好。否则，不仅消耗较
18、多电能，否则，不仅消耗较多电能，还会引起材料本还会引起材料本身发热，加速材料老化破坏，引发事故身发热，加速材料老化破坏，引发事故通信电缆通信电缆29第二十九页，本课件共有48页n介电强度介电强度表征绝缘材料承受电压的能力，用在表征绝缘材料承受电压的能力，用在规定的试验条件下，试样在均匀电场中被击穿规定的试验条件下，试样在均匀电场中被击穿的的电压电压值与试样值与试样厚度厚度比值表示。比值表示。Eb：介电强度，：介电强度，kV/mUb：击穿电压，：击穿电压，kVd：试样厚度，试样厚度，m4.介电强度介电强度电击穿：电击穿：当电场强度超当电场强度超过某一临界值时，电介过某一临界值时，电介质就丧失其绝
19、缘性能质就丧失其绝缘性能聚合物的介电强度可达聚合物的介电强度可达1000 MV/m30第三十页，本课件共有48页n静电现象：静电现象：两种物体互相接触和摩擦时会有电子的转两种物体互相接触和摩擦时会有电子的转移而使一个物体带正电另一个带负电的现象。移而使一个物体带正电另一个带负电的现象。n 产生原因：产生原因：高电阻率使其有可能积累大量静电荷高电阻率使其有可能积累大量静电荷例如例如聚丙烯腈纤维因摩擦可产生高达聚丙烯腈纤维因摩擦可产生高达1500v的静电压。的静电压。n消除方法：消除方法：采用抗静电剂提高材料的表面导电性采用抗静电剂提高材料的表面导电性n 抗静电剂：抗静电剂：具有表面活性的功能，通
20、过增加材料的吸湿性具有表面活性的功能，通过增加材料的吸湿性而提高表面导电性，从而消除静电现象的一种物质。而提高表面导电性，从而消除静电现象的一种物质。5.静电现象静电现象31第三十一页，本课件共有48页1.定义定义n n光从光从真空真空射入射入某种介质某种介质时，入射角的正弦与时，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，这一常数定义折射角的正弦之比为一常数，这一常数定义为该介质的为该介质的折射率折射率n：入射光线和法线之间夹角即入射角入射光线和法线之间夹角即入射角 折射角折射角18.6 光学性能光学性能18.5.1 折射率折射率32第三十二页，本课件共有48页阿贝折射仪原理图阿贝折射仪原理图n
21、 n1.1.待测固体待测固体待测固体待测固体 2.2.标准直角棱镜标准直角棱镜标准直角棱镜标准直角棱镜2.测试方法测试方法可测透明、半可测透明、半透明或固体的透明或固体的折射率折射率33第三十三页，本课件共有48页阿贝折射仪阿贝折射仪34第三十四页，本课件共有48页3.主要影响因素主要影响因素(1)温度温度对折射率的影响对折射率的影响 n n同一样品，温度越高，折射率愈低，即同一样品，温度越高，折射率愈低，即随温度升高折射率下降，随温度升高折射率下降，如有机玻璃如有机玻璃n n在测量中，一定要恒温在测量中，一定要恒温35第三十五页，本课件共有48页(2)接触液接触液对折射率的影响对折射率的影响
22、 由于固体与棱镜表面接触不好，需要加由于固体与棱镜表面接触不好，需要加接触液，要求接触液对试样和棱镜无腐接触液，要求接触液对试样和棱镜无腐蚀和影响，通常接触液的折射率是在试蚀和影响，通常接触液的折射率是在试样与棱镜之间样与棱镜之间(3)光源光源对折射率的影响对折射率的影响 光源对折射率有一定的影响，所以测定光源对折射率有一定的影响，所以测定折光率，都是使用单色光而且使用钠折光率，都是使用单色光而且使用钠光源光源D谱谱线线nD2036第三十六页，本课件共有48页(4)折光率的应用折光率的应用 n折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯折射率是物质的重要物理常数之一，许多纯物质都有一定的折射率物质都
23、有一定的折射率n如果其中含有杂质，折射率就会发生变化，出如果其中含有杂质，折射率就会发生变化，出现偏差，杂质越多，偏差越大现偏差，杂质越多，偏差越大n通过测定折射率，可以测定物质的浓度或纯通过测定折射率，可以测定物质的浓度或纯度度37第三十七页，本课件共有48页 1.1.概述概述n透明或半透明制品具有透光性要求，且常透明或半透明制品具有透光性要求，且常以透光性作为其质量及老化后性能变化程以透光性作为其质量及老化后性能变化程度的评定指标度的评定指标n透光性是指透光材料透过光线的能力，常透光性是指透光材料透过光线的能力，常用用透光率和雾度透光率和雾度（也称浑浊度）表征（也称浑浊度）表征18.5.2
24、 透光率和雾度透光率和雾度38第三十八页，本课件共有48页棚膜棚膜入入射射光光散散射射光光散散射射光光平平行行光光透光率透光率=入射光通量入射光通量透过光通量透过光通量透光率是指透过材料的透光率是指透过材料的光通量与入射材料的光光通量与入射材料的光通量的百分比通量的百分比2.透光率透光率光光 通通 量量：光源每秒钟发出的可见光量之和，：光源每秒钟发出的可见光量之和，简单说就是发光量。简单说就是发光量。单位单位：流明（流明（lm）39第三十九页，本课件共有48页3.3.雾度雾度雾度是由于材料内部或外表面光散射造成的云雾度是由于材料内部或外表面光散射造成的云雾状或浑浊的外观，是散射光通量与透过材料
25、雾状或浑浊的外观，是散射光通量与透过材料总光通量的百分比。总光通量的百分比。散射光通量散射光通量总透射光通量总透射光通量雾度雾度=入入射射光光散散射射光光直直射射光光2.52.5 40第四十页，本课件共有48页透明度透明度透明度表示的是透过一个薄膜看一个物体时的失真透明度表示的是透过一个薄膜看一个物体时的失真度。度。透明度高透明度高透明度低透明度低41第四十一页，本课件共有48页4.透光性与透明性的区别与联系透光性与透明性的区别与联系 n透光率表征材料的透光性，但透光率表征材料的透光性，但透光性透光性与与透明性透明性是两个不是两个不同的概念。同的概念。n透光性透光性只是表示材料对光波的透过能力
26、只是表示材料对光波的透过能力n透明性透明性却是指一种材料可使位于材料一侧的观察者清晰却是指一种材料可使位于材料一侧的观察者清晰无误地观察到材料另一侧的物体的影像无误地观察到材料另一侧的物体的影像n只有只有透光率透光率高高且雾度且雾度小小的材料才是的材料才是透明性好透明性好的的材料材料42第四十二页，本课件共有48页5.透光性与透明性举例透光性与透明性举例灯罩：灯罩：只要透光率高就可以只要透光率高就可以 雾度大小没关系雾度大小没关系43第四十三页，本课件共有48页驾驶舱罩：驾驶舱罩：透光率？透光率？雾度必须小雾度必须小44第四十四页，本课件共有48页应用领域应用领域透明产品透明产品 单层采光板（
27、瓦）、双层保温采光窗单层采光板（瓦）、双层保温采光窗：大型层面采光，如工业厂房、大型库房、大型超市、大型层面采光，如工业厂房、大型库房、大型超市、体育场馆、大型集贸市场；温室，如水产养殖业、花体育场馆、大型集贸市场；温室，如水产养殖业、花卉苗圃业、蔬菜种植业卉苗圃业、蔬菜种植业 可大大提高动、植物的产量可大大提高动、植物的产量 新型新型彩色玻璃钢瓦彩色玻璃钢瓦：汽车棚、自行车棚、遮雨罩、候车亭、空调罩等汽车棚、自行车棚、遮雨罩、候车亭、空调罩等 既实用美观又可以点缀环境既实用美观又可以点缀环境 45第四十五页，本课件共有48页46第四十六页，本课件共有48页透光率雾度测定仪的测量原理图透光率雾
28、度测定仪的测量原理图1一光源，一光源，2一聚光镜，一聚光镜，3一光栅；一光栅；4一调制器一调制器 5 物镜物镜 6试样，试样，7一积分球一积分球 8一光电池，一光电池，9一标准发射器一标准发射器 10出射窗口，出射窗口，11入射窗口入射窗口6.透光率及雾度测试原理和方法透光率及雾度测试原理和方法透光率透光率=入射光通量入射光通量透过光通量透过光通量散射光通量散射光通量总透射光通量总透射光通量雾度雾度=47第四十七页，本课件共有48页本次课小结本次课小结18.4 18.4 18.4 18.4 老化性能老化性能老化性能老化性能18.5 18.5 电学性能电学性能n n 折射率折射率折射率折射率n n 透光率透光率n n 雾度雾度18.6 18.6 18.6 18.6 光学性能光学性能光学性能光学性能 n折射率折射率n透光性和雾度透光性和雾度48第四十八页，本课件共有48页