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一文盘点高分子材料都有哪些测试方法?

时间: 2024-03-11 15:38:03 |   作者: 温室气体分析仪

在今天的文章中,小编将为大家全面总结材料测试的方法,赶紧收藏码住,要用时不迷路。 导热

产品特性

  在今天的文章中,小编将为大家全面总结材料测试的方法,赶紧收藏码住,要用时不迷路。

  导热系数也叫导热率,是指在稳定传热条件下,1m厚的材料,两侧表面的温差为1度(K,℃),在1秒钟内(1S),通过1平方米面积传递的热量,单位为瓦/米·度(W/(m·K),此处为K可用℃代替)。导热系数是表示材料热传导能力大小的物理量。

  导热系数是针对均质材料而言的,对于多孔、多层、多结构、各向异性材料,可以叫做平均导热系数。导热系数与材料的种类、结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。

  热扩散系数又叫导温系数,它表示物体在加热或冷却中,温度趋于均匀一致的能力,单位为平方米/秒(m2/s) 。在导热系数高的物质中热能扩散的很快,而导热系数低的物质中热能则扩散的较慢。这个综合物性参数对稳态导热没影响,但是在非稳态导热过程中,它是一个很重要的参数。热扩散系数是表示材质均温能力大小的物理量。

  热扩散系数与材料的导热系数、密度、比热容等因数有关。热扩散系数采用非稳态(瞬态)法测量,在稳态导热中不起影响。

  激光法直接测试的是材料的热扩散系数,其基础原理示意图如下,在炉体控制的一定温度下,由激光源发射光脉冲均匀照射在样品下表面,使试样均匀加热,通过红外检测器链接测量样品上表面相应温升过程,得到温度(检测器信号)升高和时间的关系曲线。

  将一定厚度的样品放入两个平板间,在其垂直方向通入一个恒定的单向热流,使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流,传感器在平板与样品之间与样品接触。当冷板和热板的温度稳定后,测得样品厚度、样品上下表面的温度和通过样品的热流量,根据傅里叶定律即可确定样品的导热系数。

  该法适用于导热系数较小的固体材料、纤维材料与多空隙材料,例如各种保温材料。

  针对材料导热系数测试,除了需要有对应的测试方法和测试设备,还需要有对用的标准来规范测试方法、测试过程、测试条件、测试样品、测试范围等信息。 在材料导热系数的测试领域,常用的导热系数测试标准主要是采用美国材料试验协会(ASTM)的 ASTM-D5470,ASTM-E1461,ASTM-E1530,ASTM C518-04等。

  对于电子器件而言,高分子在允许电压下不导电的材料具有独特的结构和易改性、易加工的特点,使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能。但是一般高分子材料都是热的不良导体,其导热系数一般都低于 0.5Wm-1·K-1。一些常见的高分子在室温下的导热系数如下表所示。

  基本概念:在拉伸试验中,保持这种受力状态最终,就是测量拉伸力直至材料断裂为止,所承受的最大拉伸应力称为拉伸强度。

  实验原理:拉伸实验是对材料沿纵轴方向施加静态拉伸负荷,使其破坏。通过测定试样的屈服力破坏力和材料标距间的伸长来求得材料的屈服强度、拉伸强度和伸长率。

  断裂伸长率:在拉力作用下,试样断裂时,标线间距离的增加量与初始标距之比,以百分率表示。

  由应力-应变的相应值彼此对应的绘成曲线,通常以应力值作为纵坐标,应变值作为横坐标。应力-应变曲线大体上分为两个部分:弹性变形区和塑性变形区,在弹性变形区,材料发生可完全恢复的弹性变形,应力和应变呈正比例关系。曲线中直线部分的斜率即是拉伸弹性模量值,它代表材料的刚性。弹性模量越大,刚性越好。在塑性变形区,应力和应变增加不在呈正比关系,最后出现断裂。

  ③测量试样中间平行部分的厚度和宽度,精确0.01mm,II型试样中间平行部分的宽度,精确到0.05mm,测3点,取算术平均值。

  ⑥记录屈服时负荷,或断裂负荷及标距间伸长。试样断裂在中间平行部分之外时,此试样作废,另取试样补做。

  (3)拉伸速度:塑料属于粘弹性材料,其应力松弛过程与变形速率紧密相关,需要一个时间过程

  (4)预处理:材料在工艺流程中,由于加热和冷却的时间和速度不同,易产生局部应力集中,经过在一定温度下的热处理或称退火处理,可以消除内应力,提高强度

  基本概念:试样破坏时的最大压缩载荷除以试样的横截面积,称为压缩强度极限或抗压强度。压缩试验是测定材料在轴向静压力作用下的力学性能的试验,是材料机械性能测试的基本方法之一。与拉伸试验相似,通过压缩试验可以作出压缩曲线。

  实验原理:压缩实验室最常见的一种力学试验,是钯试样置于万能试验机的两压板之间,并在沿试样两端面的主轴方向,以恒定速率施加一个可以测量的大小相等相反的力,并使试样沿轴向方向缩短,而径向方向增大,产生压缩变形,直到试样破裂或者变形达到规定的如25%的数值为止。施加的负荷由试验机上直接读得,并按下式计算其压缩应力。

  式中:σ-压缩应力,MPa;P-压缩负荷,N;F-试样原始横截面积,mm²。试样在压缩负荷作用下高度的该变量称为压缩变形,按下式计算:

  式中:ΔH-试样的压缩形变,mm;H0-试样原始高度,mm;H-压缩过程中任何时刻试样的高度,mm。

  式中:ε-试样压缩应变;ΔH-试样的压缩形变,mm;H0-试样原始高度,mm;H-压缩过程中任何时刻试样的高度,mm。

  压缩屈服应力:指应力-应变曲线上第一次出现应变增加而应力不增加的转折点(屈服点)对应的应力,以MPa表示。

  压缩强度:指在压缩试验中试样承受的最大压缩应力,以MPa表示,它不一定市试样破坏瞬间所承受的压缩应力。

  定应变压缩应力:指规定应变时的压缩应力,即与应变为25%时对应的应力值,以MPa表示。

  压缩模量:指在应力-应变曲线的线性范围内,压缩应力与压缩应变的比值,以MPa表示,取应力-应变曲线上两点的应力差与对应的应变之比。

  (1)试样的细长比:(试样高度与试样截面的最小回转半径之比)是最大的影响因素。由于试样受压时,其上下端面与试验机压板之间产生较大的摩擦力,阻碍试样上下两端面的横向变形,试样高度越小,影响程度越大。

  (2)实验速度:通常来说,随着实验速度的增加,压缩强度与压缩应变值均有所增加。实验速度在1-5mm/min时变化较小。压缩试验的同一试样必须在同一实验速度下进行,并且最好选用较低的实验速度。

  方法原理试验时将一规定形状和尺寸的试样置于两支坐上,并在两支坐的中点施加一集中负荷,使试样产生弯曲应力和变形。这种方法称静态三点式弯曲试验。(另一加载方法为四点式,这里不介绍。)

  ①使用游标卡尺测量试样中间部位的宽度和厚度,测量三点,取其平均值,精确到0.02mm。

  ③调节好跨度,将试样放于支架上,上压头与试样宽度的接触线须垂直于试样长度方向,试样两端紧靠支架两头。

  ④启动下降按钮,试验机按设定的参数开始工作。当压头接触到试样后,计算机开始自动记录试样所受的载荷及其产生的位移数据。至试样到达屈服点或断裂时为止,立即停机。

  ⑤保存数据,并依据数据作弯曲载荷-位移曲线图,并保存。根据图形分析试样的弯曲力学行为。

  ⑵加载压头半径和支座表面半径如果加载压头半径很小,对试样会造成较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。

  ⑷试验跨度当跨厚比增大时,很多材料均显示剪切力的降低,可见用增大跨厚比可减少剪切应力,使三点弯曲试验更接近纯弯曲。

  ⑴摆锤式:试验安放形式有简支梁式(charpy)----支撑试样两端而冲击中部;悬臂梁式(Izod)---试样一端固定而冲击自由端。

  ⑶高速拉伸法:此方法虽较理想,可直接转换成应力—应变曲线,计算曲线下的面积,便可得冲击强度,还可定性判断是脆性断裂还是韧性断裂,但对拉力机要求较高。

  使用同一配方和同一成型条件而厚度不同的材料做冲击试验时,所得的冲击强度不同。

  在光学显微镜下无法看清小于0.2微米的细微结构,这些结构称为亚显微结构或超细结构。要想看清这些结构,就一定要选择波长更短的光源,以提高显微镜的分辨率。

  电子显微镜,简称透射电镜,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,由此产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此能形成明暗不同的影像。通常,透射电子显微镜的分辨率为0.1~0.2nm,放大倍数为几万~百万倍,用于观察超微结构,即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清的结构,又称“亚显微结构”。

  电子枪:发射电子。由阴极,栅极和阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成射线束,经阳极电压加速后射向聚光镜,起到对电子束加速和加压的作用。

  在实际操作TEM之前,要求所测试样一定要满足一定的条件,针对不一样的试样有不同的制取方法。

  聚焦离子束技术(Focused Ion beam,FIB)是近年来发展起来的新技术,它是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的离子束轰击材料表面,实现材料的剥离、沉积、注入、切割和改性。聚焦离子束技术(FIB)利用高强度聚焦离子束对材料来纳米加工,配合高倍数电子显微镜实时观察,成为了纳米级分析、制造的主要方法。要保证样品的纯度,不受环境和人为制样处理的污染,通常用FIB进行样品的制备。

  FIB是一种专业的制样方法,与人工制样的人为影响因素多等缺点相比,FIB能够观察到样品缺陷与基材的界面情况,利用FIB就可以准确定位切割,制备缺陷位置截面样品,完全满足对制样的需求。聚焦离子束(FIB)技术是利用高强度聚焦离子束对材料来纳米加工,实现样品表面分子和元素种类的空间分布信息,成为了纳米级分析、制造的主要方法。

  ⑷块状样品制备复杂、耗时长、工序多、需要由经验的老师指导或制备;样品的制备好坏直接影响到后面电镜的观察和分析。所以块状样品制备之前,最好与TEM的老师做沟通和请教,或交由老师制备。

  缺陷:对于不同的试样,高加速电压同时会带来辐照损伤等问题,影响实际分辨率。

  影响因素:加速电压固定后,影响透射电子显微镜分辨率的因素可归结为球差、象散和色差。

  偏光显微镜是研究晶体光学性质的重要仪器,同时又是其他晶体光学研究法(油浸法、弗氏台法等)的基础。偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。将普通光改变为偏振光进行镜检的方法,以鉴别某一物质是单折射(各向同行)或双折射性(各向异性)。双折射性是晶体的基本特征。因此,偏光显微镜被广泛地应用在矿物、化学等领域。

  研究晶体光学性质所使用的显微镜装有起偏镜(下偏光镜、前偏光镜)和检偏镜(上偏光镜、后偏振镜、分析镜)。自然光经起偏镜后成为在某一固定方向上振动的偏振光。由于装有起偏镜和检偏镜,故将此类显微镜称为偏光显微镜。

  光线从偏振片通过呈光学各向同性的聚合物熔融态或无定形态时不改变偏振方向,因此,用偏光显微镜观察时,视野是全暗的。光线通过呈光学各向异性的聚合物结晶态或取向态时会分解成偏振方向相互垂直的两束光。因此,用偏振显微镜观察时,会呈现特征的视野。

  当α=0°、90°、180°和270°时,sin2α为0,这几个角度没有光线α有极大值,因而视野最亮。于是,球晶在正交偏光显微镜下呈现特有的消光十字图像。

  在一定温度下,球晶的生长是等速的,用偏光显微镜能够直接进行等温结晶动力学的研究,方法是测定球晶半径随时间变化的关系。

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