第十八章 塑料材料性能表征與測(cè)試

第十八章塑料材料性能表征與測(cè)試1第一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五折射率、透光性和霧度電學(xué)性能介電性能光學(xué)性能老化性能老化試驗(yàn)2第二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.4老化性能1.概述定義高分子材料在加工、使用、貯存過(guò)程中，受到光、熱、氧、潮濕、水分、機(jī)械應(yīng)力和生物等因素影響，引起微觀結(jié)構(gòu)的破壞，失去原有的物理機(jī)械性能，最終喪失使用價(jià)值，這種現(xiàn)象稱為老化。3第三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五老化降解交聯(lián)高分子化學(xué)鍵受到光、熱、機(jī)械力等因素的影響，分子鏈發(fā)生斷裂，Mn↓，變軟發(fā)粘，強(qiáng)度模量↓斷裂的自由基相互作用產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)，變硬變脆，延伸率↓類型

4第四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五化學(xué)因素：水、醇、酸物理因素：熱、光、輻射、機(jī)械力物理－化學(xué)因素：熱氧、光氧生物因素：微生物、海洋生物影響因素內(nèi)因外因化學(xué)結(jié)構(gòu)物理形態(tài)立體規(guī)整性分子量分布微量金屬雜質(zhì)或其他雜質(zhì)影響因素

5第五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.老化試驗(yàn)自然老化試驗(yàn)大氣暴露加速大氣暴露倉(cāng)庫(kù)貯存人工老化試驗(yàn)

人工氣候老化熱老化濕熱老化霉菌鹽霧6第六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（1）大氣老化試驗(yàn)選擇當(dāng)?shù)孛磕隃貪穸韧瑫r(shí)出現(xiàn)較高的季節(jié)作為暴露季節(jié)分兩組：一組室外暴露，一組室內(nèi)存放。一定周期同時(shí)檢測(cè)看外觀，測(cè)力學(xué)性能。沖擊、彎曲，暴露面作為沖擊面或受壓面暴露檢測(cè)一般不少于5年，取樣0.5、1、2、3、5、7、10年7第七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）加速大氣暴露試驗(yàn)跟蹤試樣暴露架帶反光鏡的跟蹤試樣暴露架有噴雨的帶反光鏡的跟蹤試樣暴露架試樣施加應(yīng)力的暴露架試樣框架由電機(jī)帶動(dòng)，從日出到日落，陽(yáng)光始終垂直照射，更多接受輻照能量，加速老化在框架上裝有反射鏡，將陽(yáng)光反射聚集到試樣上，使試樣受到強(qiáng)烈得多的陽(yáng)光輻射，加速老化效果較明顯加裝有鼓風(fēng)機(jī)和噴水裝置，對(duì)試樣降溫增加濕度，更接近于強(qiáng)化的濕熱氣候條件，加速效果顯著8第八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五優(yōu)點(diǎn)：接近大氣暴露試驗(yàn)時(shí)間短缺點(diǎn)：設(shè)備投資高集光后照射面積小，試樣量少裝置長(zhǎng)期暴露易損壞9第九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五沸水泡煎方法人工氣候試驗(yàn)濕熱老化試驗(yàn)鹽霧試驗(yàn)霉菌試驗(yàn)（3）人工加速老化試驗(yàn)人工加速老化試驗(yàn)是一類在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用各種老化箱進(jìn)行老化的試驗(yàn)方法10第十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五優(yōu)點(diǎn)耐濕老化，簡(jiǎn)便易行快速適用于有空隙和界面的非均相材料A沸水泡煎方法96.5-98.5℃下水煮8h，80℃下干燥1h，相當(dāng)于印度半島南端暴曬半年缺點(diǎn)忽視日光局限性：不適用于耐熱不良、易水解樹(shù)脂11第十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五B人工氣候試驗(yàn)按光源分類紫外碳弧燈陽(yáng)光碳弧燈氙燈型12第十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五人工氣候箱模擬大氣環(huán)境中的因素光*熱氧濕度降雨13第十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五裝置組成樣品實(shí)驗(yàn)室光源系統(tǒng)裝置調(diào)溫調(diào)濕裝置人工降雨裝置其他輔助設(shè)備評(píng)價(jià)新材料性能和適用性14第十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五C濕熱老化有些聚合物對(duì)濕熱因素比較敏感，在濕熱作用下容易生霉或老化變質(zhì)水分子對(duì)材料具有一定的滲透作用，尤其在熱的作用下，加速滲透，深入內(nèi)部聚集形成水泡水與材料發(fā)生化學(xué)或物理作用，加速材料老化熱使材料膨脹，分子間隙增加，有利于水分子進(jìn)入，加速老化濕老化主要表現(xiàn)試驗(yàn)溫度：40-60℃，最高70℃相對(duì)濕度：95%

15第十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.防老措施內(nèi)因：

改變結(jié)構(gòu)：聚合加工工藝、改性外因：

加入抗氧劑、光穩(wěn)定劑等

針對(duì)影響因素提出防老措施16第十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五導(dǎo)電性能介電性能18.5電學(xué)性能電學(xué)性能材料在外加電壓或電場(chǎng)作用下的行為及其所表現(xiàn)出來(lái)的各種物理現(xiàn)象17第十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.5.1導(dǎo)電性能1.電阻率與導(dǎo)電電阻率評(píng)定導(dǎo)電性的基本參數(shù)，也是表征材料本身特性的基本參數(shù)

ρ<10-2Ω●m，導(dǎo)體>1010Ω●m，絕緣體

二者之間，半導(dǎo)體L—長(zhǎng)度S—橫截面積18第十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五導(dǎo)電高分子研究，聚乙炔摻雜后，電導(dǎo)率提高了1000萬(wàn)倍（接近鋁、銅）AlanJ.HeegerAlanG.MacDiarmid

HidekiShirakawa

2000年Nobel化學(xué)獎(jiǎng)Heeger、MacDiarmid(美)、白川英樹(shù)(日)19第十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五白川英樹(shù)（Shirakawa）從事聚乙炔聚合機(jī)理研究，韓國(guó)研修生出現(xiàn)幸運(yùn)的失誤，使白川得到銀色聚乙炔膜。偶然的機(jī)遇，麥克迪爾米德（MacDiarmid）首先注意到白川的聚乙炔膜。三人在美國(guó)合作研究，兩個(gè)月后，聚乙炔的電導(dǎo)率提高了7位數(shù)。黑格（Heeger）為了說(shuō)明聚乙炔的導(dǎo)電性，提出孤子的概念，才有了薄膜顯示材料的誕生。20第二十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料：高聚物自身具有共扼π鍵等特殊結(jié)構(gòu)而具備導(dǎo)電功能，如聚乙炔、聚苯胺（PAn）、聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚對(duì)苯（PPP）、聚苯亞乙烯（PPV）等復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料：在高聚物中添加炭黑（CB）、石墨（GP）、碳纖維或金屬粉末等導(dǎo)電物質(zhì)

21第二十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五表面電阻：在試樣的某一表面上兩電極間U/I表面電阻率：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的表面電阻，ρs。ρs不是表征材料本身特性的參數(shù)，而是一個(gè)有關(guān)材料表面污染特性的參數(shù)。測(cè)得的表面電阻率值主要反映被測(cè)試樣表面污染的程度。

Rs：試樣表面電阻，ΩD1：測(cè)量電極直徑，cmD2：保護(hù)電極直徑，cm2.表面電阻率22第二十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五表面電阻儀23第二十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五體積電阻：在試樣的相對(duì)兩表面上放置的兩電極間U/I=Rv體積電阻率：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的體積電阻，ρvρv可作為選擇絕緣材料的一個(gè)參數(shù)，隨溫度和濕度的變化而顯著變化。Rv：試樣體積電阻，ΩS

：測(cè)量電極有效面積，m2d

：試樣厚度，m3.體積電阻率24第二十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五18.5.2介電性能1.極化極化：介質(zhì)在外加電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。電介質(zhì)電介質(zhì)極化示意圖電介質(zhì)：在電場(chǎng)作用下，能建立極化的一切物質(zhì)。通常是指電阻率大于1010·cm的一類在電場(chǎng)中以感應(yīng)而并非傳導(dǎo)的方式呈現(xiàn)其電學(xué)性能的物質(zhì)。介電常數(shù)、介電損耗、介電強(qiáng)度電介質(zhì)主要性能：25第二十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五2.介電常數(shù)介電常數(shù)：表征電絕緣材料介質(zhì)極化的一個(gè)宏觀參數(shù)，它是將材料作為電容器介質(zhì)時(shí)，電容與真空為介質(zhì)對(duì)同尺寸電容器的電容之比Q

——有介質(zhì)存在進(jìn)行充電時(shí)極板上的總電荷Qb

——純粹因電介質(zhì)極化引起極板上的感應(yīng)電荷Q0

——電極間為真空時(shí)充電極板上的電荷Q0Q26第二十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五C

——平板電容器放入介質(zhì)時(shí)的電容量C0

——電極間為真空時(shí)的電容量27第二十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.介電損耗電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)作用下由于發(fā)熱而消耗的能量稱為介電損耗原因：電導(dǎo)（漏導(dǎo)）損耗：通過(guò)介質(zhì)的漏導(dǎo)電流引起的電流損耗極化損耗：電介質(zhì)在電場(chǎng)中發(fā)生極化取向時(shí)，由于極化取向與外加電場(chǎng)有相位差而產(chǎn)生的極化電流損耗28第二十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五例：聚合物作電工絕緣材料、電纜包皮：介電損耗越小越好。否則，不僅消耗較多電能，還會(huì)引起材料本身發(fā)熱，加速材料老化破壞，引發(fā)事故通信電纜29第二十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五介電強(qiáng)度表征絕緣材料承受電壓的能力，用在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，試樣在均勻電場(chǎng)中被擊穿的電壓值與試樣厚度比值表示。Eb：介電強(qiáng)度，kV/mUb：擊穿電壓，kVd

：試樣厚度，m4.介電強(qiáng)度電擊穿：當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，電介質(zhì)就喪失其絕緣性能聚合物的介電強(qiáng)度可達(dá)1000MV/m30第三十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五靜電現(xiàn)象：兩種物體互相接觸和摩擦?xí)r會(huì)有電子的轉(zhuǎn)移而使一個(gè)物體帶正電另一個(gè)帶負(fù)電的現(xiàn)象。

產(chǎn)生原因：高電阻率使其有可能積累大量靜電荷→例如聚丙烯腈纖維因摩擦可產(chǎn)生高達(dá)1500v的靜電壓。消除方法：

采用抗靜電劑提高材料的表面導(dǎo)電性抗靜電劑：具有表面活性的功能，通過(guò)增加材料的吸濕性而提高表面導(dǎo)電性，從而消除靜電現(xiàn)象的一種物質(zhì)。5.靜電現(xiàn)象31第三十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五1.定義光從真空射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角的正弦與折射角的正弦之比為一常數(shù)，這一常數(shù)定義為該介質(zhì)的折射率n：α

——入射光線和法線之間夾角即入射角α′——

折射角18.6光學(xué)性能18.5.1折射率32第三十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五阿貝折射儀原理圖1.待測(cè)固體2.標(biāo)準(zhǔn)直角棱鏡2.測(cè)試方法可測(cè)透明、半透明或固體的折射率33第三十三頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五阿貝折射儀34第三十四頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.

主要影響因素(1)

溫度對(duì)折射率的影響同一樣品，溫度越高，折射率愈低，即隨溫度升高折射率下降，如有機(jī)玻璃在測(cè)量中，一定要恒溫35第三十五頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)

接觸液對(duì)折射率的影響

由于固體與棱鏡表面接觸不好，需要加接觸液，要求接觸液對(duì)試樣和棱鏡無(wú)腐蝕和影響，通常接觸液的折射率是在試樣與棱鏡之間(3)光源對(duì)折射率的影響光源對(duì)折射率有一定的影響，所以測(cè)定折光率，都是使用單色光而且使用鈉光源D譜線nD2036第三十六頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五(4)

折光率的應(yīng)用折射率是物質(zhì)的重要物理常數(shù)之一，許多純物質(zhì)都有一定的折射率如果其中含有雜質(zhì)，折射率就會(huì)發(fā)生變化，出現(xiàn)偏差，雜質(zhì)越多，偏差越大通過(guò)測(cè)定折射率，可以測(cè)定物質(zhì)的濃度或純度37第三十七頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五

1.概述透明或半透明制品具有透光性要求，且常以透光性作為其質(zhì)量及老化后性能變化程度的評(píng)定指標(biāo)透光性是指透光材料透過(guò)光線的能力，常用透光率和霧度（也稱渾濁度）表征18.5.2透光率和霧度38第三十八頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五棚膜入射光散射光散射光平行光透光率=入射光通量透過(guò)光通量透光率是指透過(guò)材料的光通量與入射材料的光通量的百分比2.透光率光通量：光源每秒鐘發(fā)出的可見(jiàn)光量之和，簡(jiǎn)單說(shuō)就是發(fā)光量。單位：流明（lm）

39第三十九頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五3.霧度霧度是由于材料內(nèi)部或外表面光散射造成的云霧狀或渾濁的外觀，是散射光通量與透過(guò)材料總光通量的百分比。散射光通量總透射光通量霧度=入射光散射光直射光>2.5o

40第四十頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五透明度透明度表示的是透過(guò)一個(gè)薄膜看一個(gè)物體時(shí)的失真度。透明度高透明度低41第四十一頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.透光性與透明性的區(qū)別與聯(lián)系

透光率表征材料的透光性，但透光性與透明性是兩個(gè)不同的概念。透光性只是表示材料對(duì)光波的透過(guò)能力透明性卻是指一種材料可使位于材料一側(cè)的觀察者清晰無(wú)誤地觀察到材料另一側(cè)的物體的影像只有透光率高且霧度小的材料才是透明性好的材料42第四十二頁(yè)，共四十八頁(yè)，編輯于2023年，星期五5.透光性與透明性舉例燈罩：只要透光率高就可以