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1、1,第十八章 塑料性能表征与测试,折射率、透光性和雾度,电学性能,介电性能,光学性能,老化性能,老化试验,3,18.4 老化性能,1. 概述 定义高分子材料在加工、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，这种现象称为老化。,4,老化,降解,交联,高分子化学键受到光、热、机械力等因素的影响，分子链发生断裂，Mn，变软发粘，强度模量,断裂的自由基相互作用产生交联结构，变硬变脆，延伸率,类型,5,化学因素：水、醇、酸 物理因素：热、光、辐射、机械力 物理化学因素：热氧、光氧 生物因素：微生物、海洋生物,影响
2、因素,内因,外因,化学结构 物理形态 立体规整性 分子量分布 微量金属杂质或其他杂质,影响因素,6,2. 老化试验,自然老化试验大气暴露加速大气暴露仓库贮存 人工老化试验人工气候老化热老化湿热老化霉菌盐雾,7,（1）大气老化试验,选择当地每年温湿度同时出现较高的季节作为暴露季节 分两组：一组室外暴露，一组室内存放。一定周期同时检测 看外观，测力学性能。冲击、弯曲，暴露面作为冲击面或受压面 暴露检测一般不少于5年，取样0.5、1、2、3、5、7、10年,8,（2） 加速大气暴露试验,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 试样施加应力的暴露架,试样框架由电机带
3、动，从日出 到日落，阳光始终垂直照射， 更多接受辐照能量，加速老化,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,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,9,优点： 接近大气暴露试验 时间短,缺点： 设备投资高 集光后照射面积小，试样量少 装置长期暴露易损坏,10,沸水泡煎方法 人工气候试验 湿热老化试验 盐雾试验 霉菌试验,（3） 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老化箱进行老化的试验方法,11,优点 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,A 沸水泡煎方法,9
4、6.5-98.5下水煮8h，80下干燥1h，相当于印度半岛南端暴晒半年,缺点 忽视日光 局限性：不适用于耐热不良、易水解树脂,12,B 人工气候试验,按光源分类,紫外碳弧灯阳光碳弧灯氙灯型,13,人工气候箱,模拟大气环境中的因素,光*热氧湿度降雨,14,装置组成,样品实验室光源系统装置调温调湿装置人工降雨装置其他辅助设备,评价新材料 性能和适用性,15,C 湿热老化,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,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 水与材料发生化学或物理作用，加速材料老化 热使材料膨胀，分子间隙增加，有利于水分子进入
5、，加速老化,湿老化主要表现,试验温度：40-60 ，最高70相对湿度：95%,16,3. 防老措施,内因：改变结构：聚合加工工艺、改性 外因：加入抗氧剂、光稳定剂等,针对影响因素提出防老措施,17,导电性能,介电性能,18.5 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出来的各种物理现象,18,18.5.1导电性能,1. 电阻率与导电,电阻率,评定导电性的基本参数，也是表征材料本身特性的基本参数, 1010m，绝缘体二者之间，半导体,L长度 S横截面积,19,导电高分子研究，聚乙炔掺杂后，电导率提高了1000万倍（接近铝、铜）,Alan J. Heeger,Alan G.
6、MacDiarmid,Hideki Shirakawa,2000年Nobel 化学奖 Heeger、MacDiarmid(美)、白川英树(日),20,白川英树（Shirakawa）从事聚乙炔聚合机理研究，韩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，麦克迪尔米德（MacDiarmid）首先注意到白川的聚乙炔膜。 三人在美国合作研究，两个月后，聚乙炔的电导率提高了7位数。 黑格（Heeger）为了说明聚乙炔的导电性，提出孤子的概念，才有了薄膜显示材料的诞生。,21,结构型导电高分子材料：高聚物自身具有共扼键等特殊结构而具备导电功能，如聚乙炔、聚苯胺（PAn）、聚吡咯（PPy）、聚
7、噻吩（PTh）、聚对苯（PPP）、聚苯亚乙烯（PPV）等 复合型导电高分子材料：在高聚物中添加炭黑（CB）、石墨（GP）、碳纤维或金属粉末等导电物质,22,表面电阻：在试样的某一表面上两电极间U/I 表面电阻率：单位面积内的表面电阻，s。 s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试样表面污染的程度。,Rs：试样表面电阻， D1 ：测量电极直径，cm D2 ：保护电极直径，cm,2.表面电阻率,23,表面电阻仪,24,体积电阻：在试样的相对两表面上放置的两电极间U/I=Rv 体积电阻率：单位体积内的体积电阻，v v可作为选择绝缘材料的一个参
8、数，随温度和湿度的变化而显著变化。,Rv： 试样体积电阻， S ：测量电极有效面积，m2 d ： 试样厚度，m,3. 体积电阻率,25,18.5.2 介电性能,1. 极化,极化：介质在外加电场的作用下产生感应电荷的现象。,电介质,电介质极化示意图,电介质：在电场作用下，能建立极化的一切物质。通常是指电阻率大于1010cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的物质。,介电常数、介电损耗、介电强度,电介质主要性能：,26,2. 介电常数,介电常数：表征电绝缘材料介质极化的一个宏观参数，它是将材料作为电容器介质时，电容与真空为介质对同尺寸电容器的电容之比,Q 有介质存在进行充电时极板上
9、的总电荷 Qb 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,Q0,Q,27,C 平板电容器放入介质时的电容量 C0 电极间为真空时的电容量,28,3. 介电损耗,电介质材料在交变电场作用下由于发热而消耗的能量称为介电损耗 原因：电导（漏导）损耗：通过介质的漏导电流引起的电流损耗 极化损耗：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,29,例：聚合物作电工绝缘材料、电缆包皮：介电损耗越小越好。否则，不仅消耗较多电能，还会引起材料本身发热，加速材料老化破坏，引发事故,通信电缆,30,介电强度表征绝缘材料承受电压的能力，用在规定的
10、试验条件下，试样在均匀电场中被击穿的电压值与试样厚度比值表示。,Eb：介电强度，kV/m Ub：击穿电压，kV d ： 试样厚度，m,4. 介电强度,电击穿：当电场强度超过某一临界值时，电介质就丧失其绝缘性能,聚合物的介电强度可达1000 MV/m,31,静电现象：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。产生原因：高电阻率使其有可能积累大量静电荷例如聚丙烯腈纤维因摩擦可产生高达1500v的静电压。 消除方法： 采用抗静电剂提高材料的表面导电性抗静电剂：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。,5. 静电现象,32
11、,1. 定义 光从真空射入某种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，这一常数定义为该介质的折射率n：, 入射光线和法线之间夹角即入射角 折射角,18.6 光学性能,18.5.1 折射率,33,阿贝折射仪原理图,1. 待测固体 2. 标准直角棱镜,2. 测试方法,可测透明、半透明或固体的折射率,34,阿贝折射仪,35,3. 主要影响因素 (1) 温度对折射率的影响 同一样品，温度越高，折射率愈低，即随温度升高折射率下降，如有机玻璃 在测量中，一定要恒温,36,(2) 接触液对折射率的影响 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蚀和影响，通常接触液的折射率是
12、在试样与棱镜之间,(3)光源对折射率的影响 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光源D谱线,nD20,37,(4) 折光率的应用 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 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 通过测定折射率，可以测定物质的浓度或纯度,38,1.概述 透明或半透明制品具有透光性要求，且常以透光性作为其质量及老化后性能变化程度的评定指标 透光性是指透光材料透过光线的能力，常用透光率和雾度（也称浑浊度）表征,18.5.2 透光率和雾度,39,透光率是指透过材料的光通量与入射材料的光通量的百分比,2. 透光
13、率,光 通 量：光源每秒钟发出的可见光量之和，简单说就是发光量。 单位： 流明（lm）,40,3. 雾度,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总光通量的百分比。,入射光,散射光,直射光,2.5,41,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度。,透明度高,透明度低,42,4. 透光性与透明性的区别与联系 透光率表征材料的透光性，但透光性与透明性是两个不同的概念。 透光性只是表示材料对光波的透过能力 透明性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 只有透光率高且雾度小的材料才是透明性好的材料,43,5.
14、透光性与透明性举例,灯罩：只要透光率高就可以雾度大小没关系,44,驾驶舱罩： 透光率？雾度必须小,45,应用领域,透明产品单层采光板（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、体育场馆、大型集贸市场；温室，如水产养殖业、花卉苗圃业、蔬菜种植业可大大提高动、植物的产量 新型彩色玻璃钢瓦： 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,46,47,透光率雾度测定仪的测量原理图 1一光源，2一聚光镜，3一光栅；4一调制器 5 物镜 6试样，7一积分球 8一光电池，9一标准发射器 10出射窗口，11入射窗口,6. 透光率及雾度测试原理和方法,48,本次课小结,18.4 老化性能 18.5 电学性能折射率透光率雾度 18.6 光学性能 折射率 透光性和雾度,
