东华大学材料科学实验复习提纲

粒径原理：(重要)沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。大颗粒的沉降速度较快，小颗粒的沉降速度较慢，沉降速度与粒径的关系由Stokes定律来描述，按公式计算：r=√9η[2g（γk–γt）]×√𝐻𝑡式中：r=颗粒半径厘米η=沉降液粘度泊，即克/厘米·秒γk=颗粒比重克/厘米3γt=沉降液比重克/厘米3H=沉降高度（沉降液面到称盘底面的距离）厘米t=沉降时间秒g=重力加速度980厘米/秒2当测出颗粒沉降至一定高度H所需之时间t后，就能算出沉降速度V、颗粒半径r思考题：(重要)1.粒度测量过程中应注意哪些问题？①仪器打开后，至少预热15min后，再进行下一步操作。②粉体搅拌需均匀、充分③天平“去皮”直至显示“+”后才可采集数据，尽量在去皮的同时采集数据④采集数据时，挂钩不能用力下压，应轻挂挂钩，以免损坏仪器内部传感器2.根据试样重复测试的三次测试数据，分析测试结果中数据误差产生的原因。①样品搅拌不均匀②沉降时间不充分③天平“去皮”和点击“沉降曲线采集”间有一定时间间隔，未同时进行3.常用的测定颗粒粒度的方法有哪些？沉降法测定颗粒粒径的基本原理以及与哪些因素有关？什么是平均粒径和中位径？筛析法、沉降法、显微镜法、光透视法沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同测量粒度分布的一种方法。故与温度、颗粒分散和悬浮液的均匀性有关平均粒径：样品的总粒径和与全部颗粒数的比值，即粒径的平均值中位径：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。注意事项：(重要)1.根据待测粉体样品大致颗粒度选择仪器，本实验所用仪器可测10μm左右粉体2.测量之前粉体需进行分散，分散方法：搅拌、超声分散、加电解质等3.实验开始前需已知：粉体密度、沉降液密度、沉降液粘度4.沉降液一般由水、酒精、甘油调配而成，选择合适的沉降液以便于控制沉降的速度粘度粘度的定义：若将两块面积为1m2的板浸于液体中，两板距离为1米，若在某一块板上加1N的切应力，使两板之间的相对速率为1m/s，则此液体的粘度为1Pa·s。补充：LVDV-2型旋转粘度计所用转子为1-4#，适合粘度范围6-6MmPa·sRVDV-2型旋转粘度计所用转子为2-7#，适合粘度范围40-40MmPa·s1→4号，表面积依次减小；样品粘度越大，选择转子表面积小，选转速小一点换算：1Pa·s＝103mPa·s＝10P＝103cP1m2／s＝106mm2／s＝104St＝106cSte/注意事项1、“非牛顿流体”表观粘度除了受温度影响外，还随剪切速率和时间的变化而变化，，所以一般非牛顿液体的测量是在规定转子、转速和持续时间的条件下来进行的。2、测量容器(外筒)的选择。不同的转子(内筒)匹配相应的外筒，否则测量结果会偏差巨大。对于DV系列旋转式粘度计，要求测量用烧杯或直筒形容器直径不小于70mm，实验证明特别在使用一号转子时，若容器内径过小引起较大的测量误差。3、被测流体的温度。当温度偏差0.5ºC时，有些流体粘度值偏差超过5%，温度偏差对粘度影响很大，温度升高，粘度下降。所以要将转子以足够长的时间侵于被测流体同时进行恒温，使其能和被测流体温度一致。4、旋转粘度计测量时扭矩百分比的有效范围是20%~90%，如果示数偏小会引起较大误差。如果示数过大，即游丝产生的扭矩过大，则容易产生蠕变，损伤游丝，所以一定要正确选择转子和转速。当扭矩百分比在50%时，粘度数据准确性最高。5、气泡。在转子浸入液体的过程中往往带有气泡，在转子旋转后一段时间大部分会上浮消失，附在转子下部的气泡有时无法消除，气泡的存在会给测量数据带来较大的偏差，所以倾斜缓慢地浸入转子是一个有效的办法。6、大部分仪器需要调整水平，在更换转子和调节转子高度后以及在测量过程中随时注意水平问题，否则会引起读数偏差甚至无法读数。1．什么是牛顿流体与非牛顿流体？分别举出3个例子。符合牛顿公式的流体，称为牛顿流体。水、酒精、轻质油、低速流动的气体等不符合牛顿公式的流体，称为非牛顿流体。血液，油漆，番茄酱2．非牛顿流体有什么特点？其粘度与哪些因素有关？切力变稀，挤出胀大效应，爬杆效应，熔体破裂。与温度，压力，剪切速率有关3.影响粘度实验准确性的因素有哪些？转速、转子、剪切速率、温度、时间，桶直径……4.在测定未知流体的粘度时，如何选择适宜的转子与转速？先估计，估计不出时先假定为较大黏度，采用表面积较小的转子和较低转速，再调整。高粘度选用小转子慢转速，低粘度选择大转子快转速。密度固体：全自动密度计采用氮气作为实验气体，应用气体驱替的阿基米德原理(密度＝质量/体积)，利用小分子直径的惰性气体在一定条件下的玻尔定律(PV=nRT)，精确测量被测材料的真实体积。测量样品质量，求出其与真实体积之比，即得到密度值。1．简述全自动密度计测定材料密度的原理。（如上）2．为准确测定材料密度，实验中应注意哪些方面？称量质量时保证操作的规范性，注意仪器操作的规范性以及保护仪器延长使用寿命，用镊子夹取，氮气气压……液体的密度测试“U”型管振荡法“U”型管中试样密度的变化会引起振动频率的改变，仪器可根据20ºC时样品馏出液的振动频率自动计算得到馏出液的密度。实验步骤1、密度计的校准预热30min。取洁净样品杯，倒入蒸馏水，将进液管插入蒸馏水中，另取一烧杯放在排液管出口处；用泵轮压管装置压紧导液管，听见挂钩响声即为卡紧；按下采样键开始自动采样，为保证测量的准确度，应采样2~3次；待温度恒定为20±0.1ºC时，听到提示音后，同时按住Shift键和Cal键，此时密度值应显示为0.9981。注意：校准仪器时，水要保证其纯度，多进几次液，并保证“U”型管内无气泡，才能使校准数据准确。仪器校准完成后，悬空进液管，按住清洗键(clean键)，待所有蒸馏水排空后，放开清洗键。以上操作完成后，就可以进行样品的测量了。2、样品测量(1)取洁净样品杯倒入少量样品，将进液管插入样液中，另取一烧杯放在排液管出口处。(2)按下采样键开始自动采样，为保证测量的准确度，应采样2~3次。(3)待温度恒定为20±0.1ºC时，听到提示音后，读取液体密度值，此时密度值指示灯亮，按下切换键读取酒精度值，此时酒精度指示灯亮，重新连续按下此键可恢复显示密度值。(4)样品测量完成后，应及时排空样液，将进液管悬空，按住清洗键直至所有液体排空3、仪器清洗每次样品排空后都要及时清洗，如想清洗干净，关键是选择合适的清洗液。(1)把合适的清洗液吸入管路连续清洗，直至“U”型管内看不到残余物。(2)用蒸馏水清洗管路。(3)用蒸馏水和空气交替3~5次进行清洗，直到观察“U”型管内部无残留物为止。4、关机保管仪器清洗完毕后，如不再测量其他样品，就可以关闭后面板电源开关，拔掉电源线，打开泵轮压管装置挂钩，松开压管装置，这样做是为了防止导液管长时间被压紧产生粘连。1、测定液体密度时为什么要恒温测定？温度会影响液体的密度2、清洗仪器管路时须注意什么问题？把合适的清洗液吸入管路连续清洗，直至“U”型管内看不到残余物用蒸馏水清洗管路用蒸馏水和空气交替3~5次进行清洗，直到由观察窗观察“U”型管内部无残留物拉伸强度1、拉伸强度dbPt(1)式中，t：拉伸强度，MPa；P：最大破坏载荷，N；b：试样宽度，mm；d：试样厚度，mm。2、断裂伸长率%100%100000LLLLLt(2)式中，t：断裂伸长率，%；L：试样断裂时标线间的伸长量，mm；L0：试样的有效长度，mm。3、拉伸弹性模量0LLbdPEt(3)式中，Et：拉伸弹性模量，MPa；P：载荷—变形曲线上初始直线段的载荷增量，N；L：与载荷增量△P对应的标距L0内的变形增量，mm；：应力—应变曲线上初始直线段的应力，MPa；：应力—应变曲线上初始直线段的应变，%。4、泊松比12(4)式中，γ：泊松比；1、2：分别是载荷增量P对应的纵向应变和横向应变。111LL，221LL式中，L1、L2：分别是纵向和横向的测量标距，mm；L1、L2：分别是与载荷增量P对应的标距L1和L2的变形增量，mm。在材料的S-S曲线中，拉伸强度是指曲线最大值对应的应力应变比值在材料的S-S曲线中，断裂强度是指材料发生断裂破坏对应的应力应变比值在材料的S-S曲线中，弹性模量是指曲线拐点对应的应力应变比值拉伸应力-应变曲线不同高聚物具有不同的应力—应变曲线，典型的应力—应变曲线如图1所示。整条曲线以屈服点A为界分成两部分，A点以前是弹性区域，除去应力，材料能恢复原样，不留任何永久变形，A点过后，材料呈现塑性行为，此时若除去应力，材料不再恢复原样，而留有永久变形，A点即为屈服点，它所对应的应力、应变为屈服应力σy(或屈服强度)和屈服应变εy。A点以后，材料表现出的总趋势是载荷增加不多或几乎不增加，而形变却增加很多。其中AB段称为应变软化，应变增加应力反而下降，由B点到C点是高聚物特有的颈缩阶段。C点以后应力急剧增加，称为取向硬化。最后在D点断裂，相应于D点的应力称为断裂强度σB。图1高聚物材料典型的应力-应变曲线按在拉伸过程中屈服点的表现、伸长率大小及其断裂情况，大致可分为五类，它们是：(1)硬而脆，如聚苯乙烯、有机玻璃和酚醛树脂；(2)硬而韧，如尼龙、聚碳酸酯；(3)硬而强，如不同配方的硬聚氯乙烯和聚苯乙烯的共混物；(4)软而韧，如橡胶、增塑聚氯乙烯；(5)软而弱，如柔软的凝胶，很少用作材料来使用(如图2所示)。图2五种类型的应力—应变曲线1-硬而脆，2-硬而韧，3-硬而强，4-软而韧，5-软而弱1、拉伸性能包括哪些项目？见上面2、影响试验结果的因素有哪些？高聚物材料：种类，加工工艺实验环境：温度、湿度、拉伸速率等硬度原理：(重要)压入法测量还有划痕法、回放法布氏硬度——通过压痕面积反映硬度大小洛氏硬度——通过压痕深度反映硬度大小维氏硬度1.布氏硬度(HB)布氏硬度试验是将一直径为D的淬火钢球或硬质合金球，在规定的载荷P下压入被测金属表面，保持一定时间后卸载，便在被测金属表面形成一直径为d的压痕，布氏硬度(HB)就是施加在球体上的载荷P与所得的压痕面积F的比值。其计算公式如下：当载荷的单位为kgf时：)(222dDDDPFPHB(1a)当载荷的单位为N时：)(2102.022dDDDPFPHB(1b)式中：P—施加的载荷；d—压痕的直径，mm；D—压头的直径，mm；F—压痕面积，mm2。在(1)式中，只有d是变数，故只需测出压痕直径d，根据已知D和P值就可以直接查表或计算得出HB值来。布氏硬度一般不标注单位。优点：压痕面积大，测量误差小。压入角一定时(P/D2相等时)硬度数据有可比性缺点：试验时对不同材料需要更换压头和改变载荷，压痕直径的测量也较麻烦，速度较慢。由于压痕大，有损检测，它不宜测定成品和薄件。2．洛氏硬度(HR)洛氏硬度试验是以顶角为120°的金刚石圆锥或直径为1/16时的淬火钢球做压头。试验时分两次加载。先加10公斤的初载荷使压头与试样表面接触良好，以保证测量结果准确，然后再加主载荷，用塑性变形的深度来表示硬度。压坑越深，其硬度越小，反之就越大。塑料洛氏硬度试验公式：002.0130、、、0hhHREHRMHRLHHR式中：h0——在最初试验力F0作用下，压头压入试样的深度。h——在已施加总试验力F，并卸除主试验力F1，但仍保留初试验力F0时压头压入试件深度。优点：初载消除了材料表面不平整带来的影响。快、简单。无损检测，应用广。缺点：压痕小，不同标尺的洛氏硬度之间无可比性思考题：(重要)1.材料A：HRM=106，B：HRL=106，两者硬度相同吗？不同，洛氏硬度标尺不同无法进行比较。2何谓变形硬化？材料受压缩后，内部空间变小，材料变得致密，所以硬度比变形前大。3.洛氏硬度试验表盘读书是否表示h2-h1?不是，根据指针顺、逆时针旋转次数，要加减一定系数后才为h2-h1。4.洛氏硬度与布氏硬度两种实验方法的不同点。洛氏硬度布氏硬度测试对象成品测试原材料和半成品的检