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第八章其它性能第一节光学性能•材料的光学性质包括对光的透过性，折光率等性能的评价。飞机座舱仪表板面LEDLamps一、折光性能及其测试方法•材料的折光性能主要以折射率来表示，折射率也称为折光率或折光指数，是表明透明物质折光性能的重要光学性能常数。（一）定义光在不同介质中的传播速率不同,当光由第1介质进入第2介质的分界面时,即产生反射及折射现象如图8-1所示•（二）折光率测试方法•折射率的测定有两种方法：一种是折光仪法，另一种是显微镜法，折光仪法精确度较高。阿贝折光仪•1．测试原理•用阿贝折射仪测定折射率就是测定临界角，从而测出被测物的折射率。•2．测试仪器•主要结构由光学系统、机械系统两部分组成：•光学系统，光学系统中有望远镜系统和读数系统；机械系统，如底座、棱镜转动手轮等。附属部分还必须有光源系统和恒温系统。•3．测试步骤•（1）试样制备试样可以采用任何尺寸，与折光仪棱镜接触的表面必须平整并经过抛光。•（2）恒温•（3）折光仪校准•（4）试样测定•（5）清除试样•（三）折光率测试的主要影响因素•1．温度•随温度升高，物质的折射率下降。因此在测量中，一定要恒温。并且一定要在报告中标识测量的温度条件。•2．表面接触•由于固体与棱镜表面接触不好，需要加接触液，要求接触液对试祥和棱镜无腐蚀和影响，通常接触液的折射率大小介于试样与棱镜的折射率之间。•3．光源•光源对折射率有影响，所以测定折射率都是用单色光。国标中使用钠光源D线。二、透光性能及其测试方法•材料的透光性能主要是以透光率和雾度来表示的。•透光率和雾度是两个独立的指标，是透明材料两项十分重要的光学性能指标。•一般来说，透光率高的材料，雾度值低，反之亦然，但不完全如此。•例如，窗玻璃材料透光性高，也不混浊。毛玻璃透光率高，雾度值却很大。•用作光学仪器罩的材料要求屏蔽亮光源，应有最大的漫反射和最小的透明度。•（一）定义•1．透光率•表示材料透过光线的程度；以透过材料的光通量与入射的光通量之比的百分数表示。•透过材料的光通量T2与照射到透明材料入射光通量T1之比的百分率。Tt=T2/T1×100（8-4）•2．雾度•雾度又称浊度，表示透明或半透明材料不清晰的程度。以散射光通量与透过材料的光通量之比的百分率表示。•用标准“c”光源的一束平行光垂直照射到透明或半透明薄膜、片材、板材上，由于材料内部和表面造成散射，使部分平行光偏离入射方向大于2.5º的散射光通量Td与透过材料的光通量T2之比的百分率，即：H=Td/T2×100（8-5）（二）透光率和雾度测试方法•高分子材料透光率和雾度是利用雾度计或分光光度计来测定。•1．测试原理1．阱陷；2．标准板；3．积分球；4．试样架；5．光电池6．控制线路；7．检流计；8．光源；9．稳压器；L1、L2、L3透镜；S光孔；C-F滤光器•2.测试试样•如光滑平整度、缺陷、划痕、污染等试样表面状态影响测试结果；•厚度尺寸不同的试样之间的测定结果不能相互比较。•3.测试方法要点•①开启仪器，预热至少20min；•②校准仪器，放置标准板（或不放置任何遮挡物。•③放置试样。•④去掉标准板，置上阱陷；再去掉试样。重复测定5片试样。•⑤结果计算（三）折光率测试的主要影响因素•1．光源•光源不同，它的相对光谱能量分布就不同，同一透明材料用不同的光源测量，所得到的透光率与雾度值不同。国际照明学会规定了三种标准光源A、B、C。•2．试样厚度•试样的厚度越大，透光率越小，雾度越大。•3．试样表面状态•表面擦伤和污染均使雾度值增加，对透光率来说，通常使之下降。•4．仪器•仪器方面，光源的变化，积分球内表面，标准板及光电池的变化都可能引起误差；操作方面，读数误差。第二节电性能•聚合物材料具有优良的电性能，可作为理想的电传输、电器、电子材料•大多数聚合物材料具有以下几方面特点：•具有优良的绝缘性能；•具有足够的介电强度，能经受住导体之间的电场作用；•具有良好的耐电弧性；•在恶劣的工作环境中，如湿气、温度和辐射条件下能保持良好的使用性能；•具有一定的强度和韧性，能够耐振动冲击和其他机械力作用。评价高聚物的电性能指标主要有：体积电阻率、表面电阻率（代表导电性）；介电强度（代表击穿现象）；介电常数（代表极性）；损耗因子（代表松弛现象）、耐电弧性（代表导电性）等。一、电阻率的测定•（一）定义•1．体积电阻•在试样相对两表面上放置的两电极间所加直流电压，与流过两电极之间的稳态电流之比。•2．体积电阻率•在材料试样相对两表面上放置正负两电极，在电流方向上电位梯度与电流密度之比。•3．表面电阻•在试样的某一表面上两电极间所加电压与经过一定时间后流过两电极间的电流之比。•4．表面电阻率•平行于材料表面上电流方向的电位梯度与表面单位宽度上的电流之比。•（二）电阻率的测试方法•1．测试原理a.体积电阻测试b.表面电阻测试绝缘体的电阻测量基本上与导体的电阻测量相同，其电阻一般都用电压与电流之比得到。片状电极测定方式•2．电阻率测试方法要点•（1）试样准备•试样应平整、均匀。无裂纹和机械杂质等缺陷。•（2）测试仪器•测量绝缘材料电阻的仪器又常被称为高阻仪。一般地，应配有电极箱，试样在电极箱内电极上进行测试。•（3）测试过程•样品与电极连接好，开启高阻仪，仪器校准。再将仪器调整到测量挡。•一般地，需对试样进行静电荷释放处理（放电过程）。然后选择合适的测试电压档位，对样品进行测试。•记录读数。•3．电阻率测量的影响因素•（1）测定时间•流经试样的电流，随时间的增加而迅速衰减。各种材料的电流随时间的变化情况不一样，因而在比较时要选取相同的读取电流时间。•（2）温度•温度升高会使得测试时得到的电流值增大。•（3）湿度•对于极性材料及强极性材料，因吸水性强而降低其体积电阻。对于非极性和弱极性材料影响就很小。•（4）电极材料•与试样接触良好；材料本身电导率大，耐腐蚀，不污染试样；使用方便，造价低廉。•（5）测试电压•在所施加的电压远低于试样的击穿电压时，测试电压对电阻率完全无影响。•（6）间隙宽度•国标中规定g一定值，同时规定试样厚1或2mm其原因就在于此。•（7）测试回路中标准电阻的选择•R0越小则在短时间内测量误差也越小。•（8）其它因素•由于成型、摩擦及其它各种原因都导致材料带有强烈的静电，由于它的存在造成很大测量误差。•（9）薄膜试样•薄膜试样使用的接触电极材料与板状试样有所不同，不能用铝箔油粘电极。二、介电常数和介质损耗的测定•（一）定义•1．介电常数•以绝缘材料为介质与以真空为介质制成同尺寸电容器的电容量之比值，称为该材料的介电常数，用ε表示。•介电常数表示在单位电场中，单位体积内积蓄的静电能量的大小，是表征电介质极化及储存电荷能力的宏观物理量。ε=C/C0（8-12）式中：ε，介电系数；C，充满绝缘材料的电容器的电容量；C0，以真空为电介质的同样尺寸的电容器的电容量。•2．介质损耗•置于交流电场中的介质，以内部发热形式表现出来的能量损耗。•3．介质损耗角•对电介质施加交流电压，介质内部流过的电流相量与电压相量之间的夹角的余角。•4．介质损耗角正切•即对电介质施以正弦波电压,外施电压与相同频率的电流之间相角的余角δ的正切值，表示为tgδ,是表征绝缘材料在交流电场下能量损耗的一个参数。tgδ＝每个周期内介质损耗的能量/每个周期内介质储存的能量（8-13）•ε和tgδ由主链结构中的键的性能和排列所决定。•（二）测试方法•可以测试聚合物的ε和tg方法有：工频高压电桥法、变电纳法、谐振升高法、变压器电桥法。•可以参照GB/T1409-2006（测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电容率和介质损耗因数）所推荐的方法。工频介电常数及介质损耗测试仪•（三）测试影响因素•（1）湿度材料的极性越强受湿度的影响越明显，主要是水分子使材料的极性增加，同时潮湿的空气作用于材料的表面增加了表面电导，由此使材料的ε与tgδ都会增加。•（2）温度在同一频率下，其介电性能随温度变化很大，特别是在松驰区变化剧烈。•（3）杂散电容许多高频下的测试，杂散电容都会影响整个系统的电容。•（4）测试电压电压过大，会使周围空气电离，而增加附加损耗。•（5）接触电极材料在高频下，由于频率的提高，使电极的附加损耗变大。•（6）薄膜试样层数随着层数增加，介电常数略有上升趋势，介质损耗角正切值略有下降，且分散性变小。三、介电强度、耐电弧试验（一）介电强度的测定高分子材料在一定电压范围内是绝缘体，但是随着施加电压的升高性能会逐渐下降，电压升到一定值变成局部导电，此时称为材料的击穿。介电强度就是表征材料耐受电击穿的物理量。1．定义（1）介电强度聚合物材料的介电强度亦称击穿强度，是指造成聚合物材料介电破坏时所需的最大电压。通常介电强度越高，材料的绝缘质量越好。（2）耐电压•在规定试验条件下，对试验施加规定的电压及时间，试样不被击穿所能承受的最高电压。•在实际生产中，广泛应用“耐电压”指标来表征材料的耐高压性能。•2．测试方法•介电强度试验采用的基本装置是一个可调变压器和一对电极。试验方法有两种：•（1）短时法，是将电压以均匀速率逐渐增加到材料发生介电破坏；•（2）低速升压法，是将预测击穿电压值的一半作为起始电压，然后以均匀速率增加电压直到发生击穿。•参照标准有：•ASTMD3755在直流电压作用下固体电绝缘材料介电击穿电压及介电强度标准试验方法；•GB/T1408-2007绝缘材料电气强度试验方法。•3．影响因素•（1）电压波形当波形失真大时，一般会有高次谐波出现，这样会使电压频率增加。•（2）电压作用时间随电压作用时间增加，热量积累越多，从而使击穿电压值下降。•（3）温度测试温度越高，击穿电压越低，其降低的程度与材料的性质有关。•（4）试样厚度•（5）湿度因为水分浸入材料而导致其电阻降低，必然降低击穿电压值。•（6）电极倒角r电极边缘处的电场强度远高于其内部，要消除这种边缘效应很困难。•（7）媒质电性能（二）耐电弧试验•1．定义•是指聚合物材料抵抗由高压电弧作用引起变质的能力，通常用电弧焰在材料表面引起炭化至表面导电所需的时间来表示。•2．测试方法原理•借助高压小电流或低压大电流在两电极间产生的电弧，作用于材料表面使其产生导电层。•3．测试要点•（1）试样•板状试样厚度2～4mm，长宽皆为100mm；•（2）操作要点•将试样与电极接于线路，将工频高压小电流接于两电极间产生电弧。•通过电弧间歇时间逐步缩短电流逐渐加大的方式，使材料经受逐渐严酷的燃烧条件，直至试样破坏。•记录自电弧产生直至材料破坏所经过的时间。•（3）破坏的判定原则•高分子材料被高压电弧破坏的特征是产生表面电弧径迹、局部灼热、炭化或燃烧。第三节生物性能试验•高分子材料现已在食品包装、药用材料、医用器械、人工脏器等诸多领域得到越来越深广的应用•对于生物性能，各国规定的项目不完全相同。这些性能试验有些是在药物毒理学基础上发展、演化而来，例如致敏试验、刺激试验、热原试验等；也有些独特的生物学试验例如血液相容性试验、降解试验等。人工肺一、热原试验•（一）方法原理•将一定剂量的供试液，静脉注入家兔体内，在规定的时间内，观察家兔体温升高情况，以确定供试液中是否含有热原及其限度。•(二)方法要点•1．家兔挑选•2.试验准备•3.供试液准备•4.家免准备•5.注射及测温度•6.降温处理•7.注意事项•（三）结果判定•1．初试3只家兔中，体温升温均在0.6℃以下，且3只家兔体温升高总数在1.4℃以下；•或复试5只家兔升温0.6℃或0.6℃以上的兔数不超过1只，且初试、复试合并8只家兔升温总数不超过3.5℃。•均应认为供试品符合热原检查规定。•2．初试3只家兔中，若有1只升温0.6℃或0.6℃以上；•或3只升温均低于0.6℃，但3只升温总数达1.4℃或1.4℃以上时,应取5只家兔复试。•3．初试3只家兔，升温0.6℃或0.6℃以上兔数超过1只；•或在复试5只家兔中升温0.6℃或0.6℃以上兔数超过1只，或初试、复试合并8只家兔升温总数超过3.5℃，均认为供试品不符合热原检查