《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件

《材料性能學(xué)》第2版全套PPT課件,材料性能學(xué),材料,性能,全套,PPT,課件 材料性能學(xué)材料性能學(xué)第十二章第十二章材料的壓電性能與鐵電性能材料的壓電性能與鐵電性能壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 壓電振子與壓電方程壓電振子與壓電方程壓電性能的主要參數(shù)壓電性能的主要參數(shù)壓電材料及其應(yīng)用壓電材料及其應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 壓電性能壓電性能壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電性的定義壓電性的定義:壓電性是指某些晶體材料按所施壓電性是指某些晶體材料按所施加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能力。力。壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)對(duì)壓電晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其對(duì)壓電晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其兩端表面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電兩端表面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電荷；作用力相反時(shí)，表面荷電性質(zhì)亦反號(hào)，而且荷；作用力相反時(shí)，表面荷電性質(zhì)亦反號(hào)，而且在一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比，稱(chēng)為正在一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比，稱(chēng)為正壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)反之，在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形反之，在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度尺寸的變化，在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)成正比，稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng):壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)晶體壓電效應(yīng)的本質(zhì)：晶體壓電效應(yīng)的本質(zhì)：因?yàn)闄C(jī)械作用（應(yīng)力與應(yīng)變）引起了因?yàn)闄C(jī)械作用（應(yīng)力與應(yīng)變）引起了晶體介質(zhì)的極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端晶體介質(zhì)的極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。壓電效應(yīng)機(jī)理示意圖壓電效應(yīng)機(jī)理示意圖（a）（b）（c）-+-+-+壓電性能的主要參數(shù)壓電性能的主要參數(shù)(自學(xué)自學(xué))p介電常數(shù)介電常數(shù)p介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗p彈性系數(shù)彈性系數(shù)p壓電常數(shù)壓電常數(shù)p機(jī)械品質(zhì)因素機(jī)械品質(zhì)因素p機(jī)電耦合系數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)壓電材料及其應(yīng)用壓電材料及其應(yīng)用上上世世紀(jì)紀(jì)自自4040年年代代中中期期出出現(xiàn)現(xiàn)了了BaTBaTi iO O3 3陶陶瓷瓷以以后后，壓壓電電陶陶瓷瓷的的發(fā)發(fā)展展較較快快。兩兩個(gè)個(gè)分分支支：一一是是晶晶體體和和陶陶瓷瓷材材料料；另另一一是是柔柔性性材材料料（高高分分子子聚聚合合物）。物）。有有鈦鈦酸酸鋇鋇 、鈦鈦酸酸鉛鉛 、鋯鋯酸酸鉛鉛 、鋯鋯鈦鈦酸酸鉛鉛 、其它壓電陶瓷材料、其它壓電陶瓷材料應(yīng)用應(yīng)用用于電聲器件中的揚(yáng)聲器、送話(huà)器、拾聲器等；用于電聲器件中的揚(yáng)聲器、送話(huà)器、拾聲器等；用于水下通訊和探測(cè)的水聲換能器和魚(yú)群探測(cè)器等；用于水下通訊和探測(cè)的水聲換能器和魚(yú)群探測(cè)器等；用于雷達(dá)中的陶瓷表面波器件；用于雷達(dá)中的陶瓷表面波器件；用于導(dǎo)航中的壓電加速度計(jì)和壓電陀螺等；用于導(dǎo)航中的壓電加速度計(jì)和壓電陀螺等；用于通訊設(shè)備中的陶瓷濾波器、陶瓷鑒頻器等；用于通訊設(shè)備中的陶瓷濾波器、陶瓷鑒頻器等；應(yīng)用應(yīng)用用用于于精精密密測(cè)測(cè)量量中中的的陶陶瓷瓷壓壓力力計(jì)計(jì)、壓壓電電流流量計(jì)、壓電厚度計(jì)等；量計(jì)、壓電厚度計(jì)等；用于紅外技術(shù)中的陶瓷紅外熱電探測(cè)器；用于紅外技術(shù)中的陶瓷紅外熱電探測(cè)器；用用于于超超聲聲探探傷傷、超超聲聲清清洗洗、超超聲聲顯顯像像中中的陶瓷超聲換能器；的陶瓷超聲換能器；用于高壓電源的陶瓷變壓器用于高壓電源的陶瓷變壓器。第二節(jié)第二節(jié) 熱釋電與鐵電性能熱釋電與鐵電性能一、自發(fā)極化及其微觀機(jī)制一、自發(fā)極化及其微觀機(jī)制 在晶體中，如果晶胞中正負(fù)電荷中心在晶體中，如果晶胞中正負(fù)電荷中心不相重合，即每一個(gè)晶胞具有一定的固有不相重合，即每一個(gè)晶胞具有一定的固有偶極矩，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性偶極矩，由于晶體構(gòu)造的周期性和重復(fù)性晶胞的固有偶極矩便會(huì)沿同一方向排列晶胞的固有偶極矩便會(huì)沿同一方向排列整齊，使晶體處于高度極化狀態(tài)下。這種整齊，使晶體處于高度極化狀態(tài)下。這種極化狀態(tài)是在外電場(chǎng)為零時(shí)自發(fā)產(chǎn)生的，極化狀態(tài)是在外電場(chǎng)為零時(shí)自發(fā)產(chǎn)生的，因而稱(chēng)為自發(fā)極化。具有自發(fā)極化的晶體因而稱(chēng)為自發(fā)極化。具有自發(fā)極化的晶體必然是個(gè)帶電體，其電場(chǎng)強(qiáng)度取決于自發(fā)必然是個(gè)帶電體，其電場(chǎng)強(qiáng)度取決于自發(fā)極化強(qiáng)度。極化強(qiáng)度。因?yàn)樽园l(fā)極化建立的電場(chǎng)吸引了晶體內(nèi)部和外因?yàn)樽园l(fā)極化建立的電場(chǎng)吸引了晶體內(nèi)部和外部空間的異號(hào)自由電荷，在晶體表面形成一個(gè)部空間的異號(hào)自由電荷，在晶體表面形成一個(gè)表面電荷層，結(jié)果自發(fā)極化建立的表面束縛電表面電荷層，結(jié)果自發(fā)極化建立的表面束縛電荷被吸引來(lái)的表面自由電荷所屏蔽但是，改荷被吸引來(lái)的表面自由電荷所屏蔽但是，改變溫度或者施加應(yīng)力產(chǎn)生變形時(shí)，由于離子間變溫度或者施加應(yīng)力產(chǎn)生變形時(shí)，由于離子間距和鍵角發(fā)生變化，自發(fā)極化強(qiáng)度距和鍵角發(fā)生變化，自發(fā)極化強(qiáng)度Ps也將發(fā)生也將發(fā)生變化。這時(shí)被自發(fā)極化束縛在表面的自由電荷變化。這時(shí)被自發(fā)極化束縛在表面的自由電荷層就有一部分可以恢復(fù)自由而釋放出來(lái)，使晶層就有一部分可以恢復(fù)自由而釋放出來(lái)，使晶體呈現(xiàn)出帶電狀態(tài)或在閉合電路中產(chǎn)生電流。體呈現(xiàn)出帶電狀態(tài)或在閉合電路中產(chǎn)生電流。這就是這就是熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)和壓電效應(yīng) 為什么用實(shí)驗(yàn)方法很難發(fā)現(xiàn)具有自發(fā)極化的晶為什么用實(shí)驗(yàn)方法很難發(fā)現(xiàn)具有自發(fā)極化的晶體所帶電荷體所帶電荷 二、晶體的熱釋電效應(yīng)二、晶體的熱釋電效應(yīng)1熱釋電效應(yīng)及其產(chǎn)生條件熱釋電效應(yīng)及其產(chǎn)生條件 l晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象晶體因溫度均勻變化而發(fā)生極化強(qiáng)度改變的現(xiàn)象稱(chēng)為晶體的熱釋電效應(yīng)稱(chēng)為晶體的熱釋電效應(yīng)l對(duì)熱釋電晶體絕熱施加電場(chǎng)時(shí)，其溫度將發(fā)生變對(duì)熱釋電晶體絕熱施加電場(chǎng)時(shí)，其溫度將發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱(chēng)為逆熱釋電效應(yīng)或電生熱效應(yīng)化，這種效應(yīng)稱(chēng)為逆熱釋電效應(yīng)或電生熱效應(yīng) 產(chǎn)生條件：產(chǎn)生條件：p具有自發(fā)極化具有自發(fā)極化(固有極化固有極化)的晶體的晶體 p晶體結(jié)構(gòu)的極軸與結(jié)晶學(xué)的單向重合晶體結(jié)構(gòu)的極軸與結(jié)晶學(xué)的單向重合 具有對(duì)具有對(duì)稱(chēng)中心稱(chēng)中心的具有的具有壓電性壓電性的晶體的晶體不可能不可能有熱釋有熱釋電效應(yīng)。電效應(yīng)。2熱釋電性能表征熱釋電性能表征 熱釋電效應(yīng)的強(qiáng)弱可用熱釋電系數(shù)來(lái)表示P為熱釋電系數(shù)，單位為熱釋電系數(shù)，單位為為Ccm-2K-1 熱釋電系數(shù)的種類(lèi)u當(dāng)晶體處于夾持狀態(tài)時(shí)，由于晶體受熱其尺寸和形當(dāng)晶體處于夾持狀態(tài)時(shí)，由于晶體受熱其尺寸和形狀不變，所以，稱(chēng)這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)為恒應(yīng)變狀不變，所以，稱(chēng)這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)為恒應(yīng)變熱釋電系數(shù)或一級(jí)熱釋電系數(shù)熱釋電系數(shù)或一級(jí)熱釋電系數(shù)pSu當(dāng)晶體處于自由狀態(tài)時(shí)，由于晶體可以自由膨脹和當(dāng)晶體處于自由狀態(tài)時(shí)，由于晶體可以自由膨脹和收縮，所以，這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)稱(chēng)為恒應(yīng)力熱收縮，所以，這種狀態(tài)下的熱釋電系數(shù)稱(chēng)為恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)釋電系數(shù)pTu當(dāng)晶體處于恒應(yīng)力狀態(tài)時(shí)由溫度所引起的形變通當(dāng)晶體處于恒應(yīng)力狀態(tài)時(shí)由溫度所引起的形變通過(guò)正壓電效應(yīng)使晶體產(chǎn)生附加的極化改變一般將這過(guò)正壓電效應(yīng)使晶體產(chǎn)生附加的極化改變一般將這種由于正壓電效應(yīng)對(duì)熱釋電系數(shù)的貢獻(xiàn)稱(chēng)為二級(jí)熱釋種由于正壓電效應(yīng)對(duì)熱釋電系數(shù)的貢獻(xiàn)稱(chēng)為二級(jí)熱釋電系數(shù)電系數(shù)p 恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)等于一級(jí)熱釋電系數(shù)和恒應(yīng)力熱釋電系數(shù)等于一級(jí)熱釋電系數(shù)和二級(jí)熱釋電系數(shù)之和，即二級(jí)熱釋電系數(shù)之和，即 利用熱釋電效應(yīng)可制成性能良好的紅外敏感元件其對(duì)利用熱釋電效應(yīng)可制成性能良好的紅外敏感元件其對(duì)熱釋電材料的要求是：熱釋電材料的要求是：能充分吸收入射的紅外線(xiàn)；能充分吸收入射的紅外線(xiàn)；為了使吸收的單位熱能對(duì)應(yīng)大的溫度上升幅度，熱釋電為了使吸收的單位熱能對(duì)應(yīng)大的溫度上升幅度，熱釋電材料體比熱應(yīng)小，且方便加工成微型或薄膜化元件；材料體比熱應(yīng)小，且方便加工成微型或薄膜化元件；跟溫度對(duì)應(yīng)的表面電荷變化大，即熱釋電系數(shù)跟溫度對(duì)應(yīng)的表面電荷變化大，即熱釋電系數(shù)p大，室大，室溫下的溫下的Ps值大，值大，Tc(居里溫度居里溫度)適當(dāng)高時(shí)，熱釋電系數(shù)適當(dāng)高時(shí)，熱釋電系數(shù)p變變大大(Tc低使工作溫度受到限制，且熱釋電系數(shù)低使工作溫度受到限制，且熱釋電系數(shù)p的溫度變化的溫度變化也大也大)；與表面電荷變化相應(yīng)的電容小，即材料的介電量小；與表面電荷變化相應(yīng)的電容小，即材料的介電量小；構(gòu)成噪聲源之一的介電損耗角正切構(gòu)成噪聲源之一的介電損耗角正切tan小小 熱釋電材料的應(yīng)用熱釋電材料的應(yīng)用 紅外成像傳感器、來(lái)客報(bào)知器、火災(zāi)報(bào)警器等紅外成像傳感器、來(lái)客報(bào)知器、火災(zāi)報(bào)警器等.在工業(yè)上，可用于非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)體和高溫體的溫在工業(yè)上，可用于非接觸測(cè)量旋轉(zhuǎn)體和高溫體的溫度，以及進(jìn)行非破壞性檢測(cè)，還可裝備在衛(wèi)星上監(jiān)度，以及進(jìn)行非破壞性檢測(cè)，還可裝備在衛(wèi)星上監(jiān)測(cè)環(huán)境污染和進(jìn)行資源調(diào)查測(cè)環(huán)境污染和進(jìn)行資源調(diào)查 三、晶體的鐵電性三、晶體的鐵電性 1鐵電體的特性 在熱釋電晶體中，有若干種點(diǎn)群的晶體不但在某溫度在熱釋電晶體中，有若干種點(diǎn)群的晶體不但在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向，在不超過(guò)晶體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，的取向，在不超過(guò)晶體擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，其取向可以隨電場(chǎng)改變，這種特性稱(chēng)為鐵電性，具有其取向可以隨電場(chǎng)改變，這種特性稱(chēng)為鐵電性，具有這種性質(zhì)的晶體稱(chēng)為鐵電體。這種性質(zhì)的晶體稱(chēng)為鐵電體。鐵電體的特性鐵電體的特性電滯回線(xiàn)電滯回線(xiàn) 居里點(diǎn)居里點(diǎn) 具有臨界特性具有臨界特性 電滯回線(xiàn)電滯回線(xiàn)鐵鐵電電體體的的電電滯滯回回線(xiàn)線(xiàn)是是鐵鐵電電疇疇在在外外電電場(chǎng)場(chǎng)作作用下運(yùn)動(dòng)的宏觀描述用下運(yùn)動(dòng)的宏觀描述 反反鐵鐵電電體體一一般般宏宏觀觀無(wú)無(wú)剩剩余余極極化化強(qiáng)強(qiáng)度度，但但在在很很強(qiáng)強(qiáng)的的外外電電場(chǎng)場(chǎng)作作用用下下，可可以以誘誘導(dǎo)導(dǎo)成成鐵鐵電相，其電相，其P PE E呈雙電滯回線(xiàn)。呈雙電滯回線(xiàn)。居里溫度居里溫度 由熱力學(xué)定律可知，壓電晶體的由熱力學(xué)定律可知，壓電晶體的Gibbs自由能可自由能可表達(dá)為表達(dá)為G=U-TS-TiSi-EiPi式中：式中：G為為Gibbs自由能；自由能；U為內(nèi)能；為內(nèi)能；T為絕對(duì)溫為絕對(duì)溫度；度；S為熵為熵;Ti為應(yīng)力為應(yīng)力;Si為應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變;Ei為電場(chǎng)強(qiáng)度；為電場(chǎng)強(qiáng)度；Pi為極化強(qiáng)度若不施加應(yīng)力時(shí)，則有為極化強(qiáng)度若不施加應(yīng)力時(shí)，則有 GU-TS-PE而熵而熵S與配位數(shù)與配位數(shù)間的關(guān)系為間的關(guān)系為 SK1n溫度達(dá)到某一溫度以上時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，溫度達(dá)到某一溫度以上時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，偶極子從電場(chǎng)的束縛中解放出來(lái)，使自由能偶極子從電場(chǎng)的束縛中解放出來(lái)，使自由能G下降這個(gè)臨界溫度就是居里溫度下降這個(gè)臨界溫度就是居里溫度Tc在溫度在溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，自發(fā)極化為零，晶體不具有鐵高于居里點(diǎn)時(shí)，自發(fā)極化為零，晶體不具有鐵電性，稱(chēng)為非鐵電相或順電相在居里點(diǎn)以下，電性，稱(chēng)為非鐵電相或順電相在居里點(diǎn)以下，由于存在自發(fā)極化，晶體呈現(xiàn)鐵電性，為鐵電由于存在自發(fā)極化，晶體呈現(xiàn)鐵電性，為鐵電相當(dāng)晶體存在兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，只有順相當(dāng)晶體存在兩個(gè)或多個(gè)鐵電相時(shí)，只有順電電鐵電相變溫度才稱(chēng)為居里點(diǎn)晶體從一個(gè)鐵電相變溫度才稱(chēng)為居里點(diǎn)晶體從一個(gè)鐵電相到另一個(gè)鐵電相的轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為相變溫鐵電相到另一個(gè)鐵電相的轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)為相變溫度或過(guò)渡溫度度或過(guò)渡溫度 順電相順電相 鐵電相鐵電相 臨界特性臨界特性晶體在相變點(diǎn)附近所發(fā)生的各種性能反常變晶體在相變點(diǎn)附近所發(fā)生的各種性能反常變化通稱(chēng)為臨界現(xiàn)象化通稱(chēng)為臨界現(xiàn)象 式中：式中：C為居里外斯常數(shù)；為居里外斯常數(shù)；D是居里是居里外斯溫度或順電居里點(diǎn)外斯溫度或順電居里點(diǎn) 鐵電疇鐵電疇v鐵電體自發(fā)極化的方向不相同，但在鐵電體自發(fā)極化的方向不相同，但在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方向相同，這個(gè)小區(qū)域就稱(chēng)為鐵電疇。向相同，這個(gè)小區(qū)域就稱(chēng)為鐵電疇。v兩疇之間的界壁稱(chēng)為疇壁兩疇之間的界壁稱(chēng)為疇壁。鐵鐵電電疇疇壁壁的的厚厚度度很很薄薄,大大約約是是幾幾個(gè)個(gè)晶晶格格常常數(shù)數(shù)的的量量級(jí)。級(jí)。鐵鐵磁磁疇疇壁壁則則很很厚厚，可可達(dá)達(dá)到到幾幾百百個(gè)個(gè)晶晶格格常常數(shù)數(shù)的的量量級(jí)級(jí)而而且且在在磁磁疇疇壁壁中中自自發(fā)發(fā)磁磁化化方方向向可可逐逐步步改改變變方方向向，而鐵電體則不可能。而鐵電體則不可能。鐵電疇與鐵磁疇有著本質(zhì)的差別鐵電疇與鐵磁疇有著本質(zhì)的差別:電疇電疇“轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向”鐵電疇在外電場(chǎng)作用下，總是要趨向于與鐵電疇在外電場(chǎng)作用下，總是要趨向于與外電場(chǎng)方向一致。這形象地稱(chēng)作電疇外電場(chǎng)方向一致。這形象地稱(chēng)作電疇“轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向”。實(shí)際上電疇運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在外電場(chǎng)作用下新實(shí)際上電疇運(yùn)動(dòng)是通過(guò)在外電場(chǎng)作用下新疇的出現(xiàn)、發(fā)展以及疇壁的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。疇的出現(xiàn)、發(fā)展以及疇壁的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3鐵電體的電致伸縮效應(yīng)鐵電體的電致伸縮效應(yīng) 電致伸縮效應(yīng)是指介電體在電場(chǎng)作用下，由誘電致伸縮效應(yīng)是指介電體在電場(chǎng)作用下，由誘導(dǎo)極化而引起的形變導(dǎo)極化而引起的形變極化強(qiáng)度恒定時(shí)極化強(qiáng)度恒定時(shí)的彈性柔順系數(shù)的彈性柔順系數(shù) 電致伸縮電致伸縮常數(shù)常數(shù)自由介電隔離率自由介電隔離率 4.鐵電、熱釋電、壓電、介電晶體之間的關(guān)系鐵電、熱釋電、壓電、介電晶體之間的關(guān)系 圖圖12-13 鐵電、熱釋電和壓電晶體間的相互關(guān)系鐵電、熱釋電和壓電晶體間的相互關(guān)系第三節(jié)第三節(jié) 鐵電材料的電光效應(yīng)及其應(yīng)用鐵電材料的電光效應(yīng)及其應(yīng)用一、電控雙折射效應(yīng)一、電控雙折射效應(yīng) 對(duì)于極化后的細(xì)晶對(duì)于極化后的細(xì)晶(晶粒大小約晶粒大小約l2m)透明鐵電陶瓷，透明鐵電陶瓷，其光學(xué)性質(zhì)與單軸晶的光學(xué)性質(zhì)相似，光軸方向?yàn)闃O化軸其光學(xué)性質(zhì)與單軸晶的光學(xué)性質(zhì)相似，光軸方向?yàn)闃O化軸方向當(dāng)一束光斜交于陶瓷極化軸方向傳播時(shí)，與光在單方向當(dāng)一束光斜交于陶瓷極化軸方向傳播時(shí)，與光在單軸晶中的傳播一樣，會(huì)產(chǎn)生雙折射光束會(huì)被分解為兩束軸晶中的傳播一樣，會(huì)產(chǎn)生雙折射光束會(huì)被分解為兩束偏振光偏振光 o光和光和e光，令其折射率分別為光，令其折射率分別為n0和和ne，則有效雙折，則有效雙折射率射率n=ne-n0透明鐵電陶瓷屬負(fù)單軸晶，透明鐵電陶瓷屬負(fù)單軸晶，n0，且，且n與陶瓷的剩余極化強(qiáng)度與陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr有關(guān)，也與外加電場(chǎng)有關(guān)，也與外加電場(chǎng)E有關(guān)，用有關(guān)，用n(Pr，E)表示因此，細(xì)晶透明鐵電陶瓷的有效雙折射率表示因此，細(xì)晶透明鐵電陶瓷的有效雙折射率可以通過(guò)改變剩余極化強(qiáng)度可以通過(guò)改變剩余極化強(qiáng)度Pr和外加電場(chǎng)和外加電場(chǎng)E進(jìn)行控制，此即進(jìn)行控制，此即電控雙折射效應(yīng)電控雙折射效應(yīng) 圖圖12-14 電光晶體電光調(diào)制原理圖電光晶體電光調(diào)制原理圖 二、電控光散射效應(yīng)二、電控光散射效應(yīng) 當(dāng)施加外電場(chǎng)改變陶瓷極化軸取向時(shí)，就可以改變散射光強(qiáng)度的當(dāng)施加外電場(chǎng)改變陶瓷極化軸取向時(shí)，就可以改變散射光強(qiáng)度的角分布，這就是電控光散射效應(yīng)角分布，這就是電控光散射效應(yīng) 圖圖12-15 電控光散射原理示意圖電控光散射原理示意圖圖圖12-16 透明鐵電陶瓷電控光散射的相對(duì)光強(qiáng)度隨透明鐵電陶瓷電控光散射的相對(duì)光強(qiáng)度隨散射角的分布散射角的分布 三、三、PLZT(鋯鈦酸鉛鑭鋯鈦酸鉛鑭)陶瓷的各種電光性能及應(yīng)用陶瓷的各種電光性能及應(yīng)用圖圖12-19 96535PLZT陶瓷的光過(guò)率和紅外透過(guò)率陶瓷的光過(guò)率和紅外透過(guò)率圖圖12-20 電滯回線(xiàn)及其典型光輸出響應(yīng)電滯回線(xiàn)及其典型光輸出響應(yīng)（a）二次雙折射）二次雙折射 (b)二次去極化二次去極化 (c)線(xiàn)性記憶雙折射線(xiàn)性記憶雙折射(d)開(kāi)關(guān)記憶雙折射開(kāi)關(guān)記憶雙折射 (e)散射記憶散射記憶第四節(jié)第四節(jié) 影響材料壓電性及鐵電性的因素影響材料壓電性及鐵電性的因素一、化學(xué)成分的影響一、化學(xué)成分的影響圖圖12-22 Pb(Zr，Ti)O3陶瓷的陶瓷的s和和ls隨組分的變化關(guān)系隨組分的變化關(guān)系二、晶粒晶界的影響二、晶粒晶界的影響 陶瓷的鐵電性能與晶粒尺寸有很大關(guān)系在小晶粒陶瓷的鐵電性能與晶粒尺寸有很大關(guān)系在小晶粒陶瓷中，晶界往往支配其介電行為陶瓷中，晶界往往支配其介電行為 在最小的晶粒中，極化可能完全被這種效應(yīng)所夾持，在最小的晶粒中，極化可能完全被這種效應(yīng)所夾持，因而不能在外場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)電疇反轉(zhuǎn)在中等尺寸的晶粒因而不能在外場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)電疇反轉(zhuǎn)在中等尺寸的晶粒中電疇反轉(zhuǎn)成為可能，但是因?yàn)閼?yīng)力和電場(chǎng)的不均勻中電疇反轉(zhuǎn)成為可能，但是因?yàn)閼?yīng)力和電場(chǎng)的不均勻分布，使相變展寬到一個(gè)大的溫度范圍，而且峰值介分布，使相變展寬到一個(gè)大的溫度范圍，而且峰值介電常數(shù)也被壓低最后，在達(dá)到最大晶粒時(shí)，體積鐵電常數(shù)也被壓低最后，在達(dá)到最大晶粒時(shí)，體積鐵電行為起決定性的作用電行為起決定性的作用 圖圖12-25 單晶和陶瓷的直流電阻率的溫度依賴(lài)性單晶和陶瓷的直流電阻率的溫度依賴(lài)性三、預(yù)極化條件三、預(yù)極化條件 所謂壓電陶瓷是經(jīng)直流極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵所謂壓電陶瓷是經(jīng)直流極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷電陶瓷 若陶瓷的主晶相是鐵電體，則因鐵電體的自發(fā)極化方向若陶瓷的主晶相是鐵電體，則因鐵電體的自發(fā)極化方向可在外電場(chǎng)的作用下重新取向，通過(guò)外加直流電場(chǎng)的極化處可在外電場(chǎng)的作用下重新取向，通過(guò)外加直流電場(chǎng)的極化處理，各個(gè)晶粒的自發(fā)極化軸沿著外場(chǎng)方向取向，原來(lái)相互抵理，各個(gè)晶粒的自發(fā)極化軸沿著外場(chǎng)方向取向，原來(lái)相互抵消的各個(gè)晶粒本身所固有的壓電效應(yīng)便對(duì)外呈現(xiàn)出宏觀的剩消的各個(gè)晶粒本身所固有的壓電效應(yīng)便對(duì)外呈現(xiàn)出宏觀的剩余極化這樣，對(duì)燒結(jié)后的鐵電陶瓷在一定條件下余極化這樣，對(duì)燒結(jié)后的鐵電陶瓷在一定條件下(即一定即一定溫度和時(shí)間溫度和時(shí)間)施加強(qiáng)直流電場(chǎng)后，將在電場(chǎng)方向顯示出一定施加強(qiáng)直流電場(chǎng)后，將在電場(chǎng)方向顯示出一定的凈極化強(qiáng)度，燒結(jié)后的鐵電陶瓷將由各向同性變?yōu)楦飨虍惖膬魳O化強(qiáng)度，燒結(jié)后的鐵電陶瓷將由各向同性變?yōu)楦飨虍愋裕F電陶瓷就變成了壓電陶瓷性，鐵電陶瓷就變成了壓電陶瓷 四、薄膜材料的擇優(yōu)取向四、薄膜材料的擇優(yōu)取向制備方法制備方法 電子束蒸鍍、離子束濺射、射頻磁控濺射、射頻二極濺電子束蒸鍍、離子束濺射、射頻磁控濺射、射頻二極濺射、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積和金屬有機(jī)熱分解法射、金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積和金屬有機(jī)熱分解法 基體的選擇基體的選擇 為了充分發(fā)掘鐵電薄膜的功能，希望薄膜是單晶或是晶粒擇為了充分發(fā)掘鐵電薄膜的功能，希望薄膜是單晶或是晶粒擇優(yōu)取向的多晶。實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)取向的方法主要是采用特定成分和優(yōu)取向的多晶。實(shí)現(xiàn)擇優(yōu)取向的方法主要是采用特定成分和特定取向的單晶作為基片，并選擇適當(dāng)?shù)幕瑴囟然蜉o之以特定取向的單晶作為基片，并選擇適當(dāng)?shù)幕瑴囟然蜉o之以隨后的熱處理隨后的熱處理 第五節(jié)第五節(jié) 壓電與鐵電性能的測(cè)量壓電與鐵電性能的測(cè)量了解了解/自學(xué)自學(xué)被腐蝕的設(shè)備被腐蝕的設(shè)備酸雨腐蝕的樂(lè)山大佛酸雨腐蝕的樂(lè)山大佛第十三章第十三章 材料的耐腐蝕性能材料的耐腐蝕性能第一節(jié)第一節(jié) 材料腐蝕的基本概念材料腐蝕的基本概念 一、腐蝕的基本概念定義定義1 1：物質(zhì)的表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而受到破壞的現(xiàn)象 定義定義2 2：由于環(huán)境介質(zhì)作用于材料或物質(zhì)本身，使之發(fā)生“質(zhì)”的變化的現(xiàn)象腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因：腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因：材料的腐蝕是一種自發(fā)進(jìn)行的過(guò)程，是物質(zhì)由高能態(tài)向低能態(tài)的轉(zhuǎn)變形式 二、腐蝕的類(lèi)型根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同分類(lèi)根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同分類(lèi) p化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而引起的破壞稱(chēng)為化學(xué)腐蝕 p電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞 干燥氣、高溫氣體、干燥氣、高溫氣體、非電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液根據(jù)腐蝕的環(huán)境分類(lèi)根據(jù)腐蝕的環(huán)境分類(lèi) 大氣腐蝕大氣腐蝕 海水腐蝕海水腐蝕 淡水腐蝕淡水腐蝕 土壤腐蝕土壤腐蝕 工業(yè)環(huán)境介質(zhì)腐蝕工業(yè)環(huán)境介質(zhì)腐蝕 l化工介質(zhì)腐蝕 l熔融介質(zhì)中的腐蝕 根據(jù)腐蝕破壞的外部特征分類(lèi)根據(jù)腐蝕破壞的外部特征分類(lèi) n全面腐蝕均勻腐蝕 不均勻腐蝕 n局部腐蝕 l點(diǎn)蝕 l電偶腐蝕 l晶間腐蝕 穿晶腐蝕 縫隙腐蝕 選擇性腐蝕斑點(diǎn)腐蝕 絲狀腐蝕應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)共同作用下的腐蝕 n應(yīng)力腐蝕斷裂 n腐蝕疲勞 n氫損傷 氫脆氫鼓泡氫腐蝕 第二節(jié)第二節(jié) 金屬的電化學(xué)腐蝕傾向金屬的電化學(xué)腐蝕傾向一、電化學(xué)腐蝕中的電極電位 當(dāng)它們?cè)趦上嘀械碾娀瘜W(xué)位相等時(shí)，就建立起如下的電化學(xué)平衡：金屬的平衡金屬的平衡電極電位電極電位 金屬的標(biāo)準(zhǔn)平金屬的標(biāo)準(zhǔn)平衡電極電位衡電極電位 二、金屬的電化學(xué)腐蝕機(jī)理二、金屬的電化學(xué)腐蝕機(jī)理圖13-4 原電池和腐蝕電池示意圖(a)原電池 (b)(c)腐蝕原電池 2 2腐蝕原電池的特點(diǎn)腐蝕原電池的特點(diǎn) 金屬的金屬的自溶解自溶解 單一電極上同時(shí)以相等的速度進(jìn)行著的單一電極上同時(shí)以相等的速度進(jìn)行著的兩個(gè)電極反應(yīng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電極反應(yīng)的耦合兩個(gè)電極反應(yīng)的現(xiàn)象稱(chēng)為電極反應(yīng)的耦合 耦合的條件：腐蝕電池的特點(diǎn)腐蝕電池的特點(diǎn) 組成p陽(yáng)極p陰極p電解質(zhì)溶液p電路 電化學(xué)腐蝕過(guò)程電化學(xué)腐蝕過(guò)程陽(yáng)極過(guò)程陽(yáng)極過(guò)程 陰極過(guò)程 電流的流動(dòng) 三、金屬電化學(xué)腐蝕傾向的判據(jù) 1 1腐蝕反應(yīng)自由能變化與腐蝕傾向腐蝕反應(yīng)自由能變化與腐蝕傾向 G0，腐蝕反應(yīng)可能發(fā)生，其負(fù)值的絕對(duì)值愈大，表示金屬愈不穩(wěn)定G0，則表示腐蝕反應(yīng)不可能發(fā)生 2標(biāo)準(zhǔn)電極電位與腐蝕傾向滿(mǎn)足滿(mǎn)足GG0 0的必要條件應(yīng)是的必要條件應(yīng)是E0E0 例如：例如：Zn的標(biāo)準(zhǔn)電極電位值為-.762，F(xiàn)e的標(biāo)準(zhǔn)電極電位值為-.44，因而Zn更容易受到腐蝕 3 3電位一電位一pHpH圖與腐蝕傾向判斷圖與腐蝕傾向判斷 第三節(jié)第三節(jié) 金屬腐蝕速度及其控制金屬腐蝕速度及其控制 一、法拉第定律與腐蝕速度的計(jì)算一、法拉第定律與腐蝕速度的計(jì)算 金屬的腐蝕速度的表示方法 通常用被腐蝕材料在單位面積、單位時(shí)間上的質(zhì)量變化或單位時(shí)間的腐蝕深度，以及腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極電流密度表示法拉第定律法拉第定律(1)在電極上析出或溶解的物質(zhì)的量與通過(guò)電化學(xué)體系的電量成正比(2)(2)在通過(guò)相同的電量條件下，電極上析出或溶解的不同物質(zhì)的量與其在通過(guò)相同的電量條件下，電極上析出或溶解的不同物質(zhì)的量與其電化學(xué)當(dāng)量成正比電化學(xué)當(dāng)量成正比 腐蝕速度 腐蝕速度 二、極化及其對(duì)腐蝕速度的影響二、極化及其對(duì)腐蝕速度的影響 1 1極化現(xiàn)象極化現(xiàn)象 通過(guò)電流時(shí)通過(guò)電流時(shí)原電池兩極間原電池兩極間電位差減小，電位差減小，并引起電池工并引起電池工作電流降低的作電流降低的現(xiàn)象現(xiàn)象電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì)電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì) 電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì)電化學(xué)極化現(xiàn)象的本質(zhì) 電子的遷移的速度(陽(yáng)極極化時(shí)電子離開(kāi)電極，陰極極化時(shí)電子流入電極)比電極反應(yīng)及其有關(guān)步驟快如果陽(yáng)極反應(yīng)時(shí)金屬離子轉(zhuǎn)入溶液的速度落后于電子從陰極流入外電路的速度，陽(yáng)極上就會(huì)積累過(guò)剩的正電荷使陽(yáng)極電位向正方向移動(dòng)同理，電子在陰極的積累使陰極電位向負(fù)方向移動(dòng)由于腐蝕電池的極化作用，使腐蝕電流減小，從而降低了腐蝕速度。2極化的類(lèi)型 (1)(1)平衡電極反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)參數(shù)平衡電極反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)參數(shù) 電極反應(yīng)平衡時(shí)，電極電位就是該電極反應(yīng)的平衡電位，此時(shí)陰極反應(yīng)和陽(yáng)極反應(yīng)的速度相等。通過(guò)的電流密度的絕對(duì)值也相等。過(guò)電位過(guò)電位由于極化使電極電位偏離平衡電位的程度，由于極化使電極電位偏離平衡電位的程度，把極化電流密度下的電極電位把極化電流密度下的電極電位 與平衡電極與平衡電極電位電位 之差的絕對(duì)值稱(chēng)為該電極反應(yīng)的過(guò)電之差的絕對(duì)值稱(chēng)為該電極反應(yīng)的過(guò)電位，以位，以表示表示 陰極極化陰極極化 陽(yáng)極極化陽(yáng)極極化(2)極化的類(lèi)型 p電化學(xué)極化電化學(xué)極化如果電極反應(yīng)所需的活化能較高，因而使第如果電極反應(yīng)所需的活化能較高，因而使第個(gè)步驟的速度變得最慢，使之成為極化過(guò)程中個(gè)步驟的速度變得最慢，使之成為極化過(guò)程中的控制步驟，由此導(dǎo)致的極化的控制步驟，由此導(dǎo)致的極化 p濃度極化濃度極化如果電子轉(zhuǎn)移步驟快于反應(yīng)物或產(chǎn)物的液相傳如果電子轉(zhuǎn)移步驟快于反應(yīng)物或產(chǎn)物的液相傳質(zhì)步驟，電極表面和溶液深處的反應(yīng)物和產(chǎn)物質(zhì)步驟，電極表面和溶液深處的反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度將出現(xiàn)差別，并導(dǎo)致極化，則這種濃度的濃度將出現(xiàn)差別，并導(dǎo)致極化，則這種濃度差引起的電極電位的變化差引起的電極電位的變化 三、極化曲線(xiàn)三、極化曲線(xiàn)第四節(jié) 金屬材料的應(yīng)力腐蝕斷裂 一、應(yīng)力腐蝕斷裂的條件及特征p應(yīng)力：拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。p介質(zhì)：應(yīng)力腐蝕體系（一定的材料、一定的介質(zhì)）。如碳鋼和低合金鋼在42%的MgCl溶液中。p速度：10-810-6m/s，遠(yuǎn)大于沒(méi)應(yīng)力腐蝕速度，而遠(yuǎn)小于純力學(xué)因素?cái)嗔阉俣取腐蝕斷裂形態(tài)：對(duì)金屬僅在局部區(qū)域出現(xiàn)從表及里的裂紋。走向宏觀上與拉應(yīng)力方向垂直。微觀上一般為沿晶斷裂。二、應(yīng)力腐蝕的機(jī)理 p 陽(yáng)極溶解機(jī)理 p氫致開(kāi)裂機(jī)理三、影響應(yīng)力腐蝕斷裂的因素p應(yīng)力因素：達(dá)70%90%s可發(fā)生應(yīng)力腐蝕。p介質(zhì)環(huán)境因素特殊離子及濃度的影響：如氧化劑、濃度。溫度的影響：不同金屬在一定介質(zhì)中有一個(gè)溫度范圍。界面電位狀況的影響 p合金成分的影響 四、防止應(yīng)力腐蝕的措施 p降低和消除應(yīng)力 p合理選材 p控制環(huán)境，改善使用條件，除去介質(zhì)中危害性大的化學(xué)成分 第五節(jié) 材料的耐蝕性及抗腐蝕措施（自學(xué)）一、耐蝕性及其評(píng)定方法 1均勻腐蝕的程度與評(píng)定方法 腐蝕速度的質(zhì)量指標(biāo) 金屬腐蝕速度的深度指標(biāo) 均勻腐蝕金屬耐蝕性評(píng)定2局部腐蝕的程度與評(píng)定方法 局部腐蝕程度的表示方法 腐蝕強(qiáng)度指標(biāo)：是指材料腐蝕前后的強(qiáng)度極限變化率 腐蝕的延伸率指標(biāo) 局部腐蝕金屬耐蝕性評(píng)定 局部腐蝕的vL、K(a)關(guān)系評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)力腐蝕斷裂傾向評(píng)定 二、影響金屬材料腐蝕性的因素1材料本身因素 金屬的化學(xué)穩(wěn)定性：標(biāo)準(zhǔn)電極電位越正，穩(wěn)定性越高。合金成分：純金屬耐蝕性高于同類(lèi)的工業(yè)合金。合金取決于成分和組織。金相組織與熱處理：組織越細(xì)小、分散，耐腐蝕性越差。熱處理使組織變化表面狀態(tài)：粗糙表面比光滑表面易受腐蝕。應(yīng)力：拉應(yīng)力加速腐蝕。2環(huán)境因素介質(zhì)的pH值：降低有利陰極析氫，破壞金屬保護(hù)膜，而降低耐蝕性。介質(zhì)成分及體積分?jǐn)?shù) 介質(zhì)的溫度與壓力 接觸電偶 其他因素 三、防止金屬材料腐蝕的措施（P282）p金屬的電化學(xué)保護(hù)法 p介質(zhì)處理：除有害成分，調(diào)pH，降低氣體中濕度。p緩蝕劑保護(hù)法：陽(yáng)極型、陰極型和混合型。p表面覆蓋法 p合理選材 p改進(jìn)防腐設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝流程 第十四章第十四章 材料的老化與穩(wěn)定性材料的老化與穩(wěn)定性 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性的測(cè)量與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性的測(cè)量與評(píng)價(jià) 前前 言言1 高分子材料老化的定義高分子材料老化的定義 高高分分子子材材料料在在加加工工、貯貯存存和和使使用用過(guò)過(guò)程程中中，要要經(jīng)經(jīng)受受熱熱、光光照照、潮潮濕濕等等各各種種環(huán)環(huán)境境因因素素的的影影響響，使使性性能能下下降降，最最后后喪喪失失使使用價(jià)值用價(jià)值2 2 高分子材料的老化情況高分子材料的老化情況外外觀觀的的變變化化：出出現(xiàn)現(xiàn)污污漬漬、斑斑點(diǎn)點(diǎn)、裂裂紋紋、粉粉化化及及光光澤澤和和顏顏色色的的變化變化物理性能的變化：如溶解性、溶漲性、流變性能，物理性能的變化：如溶解性、溶漲性、流變性能，力力學(xué)學(xué)性性能能的的變變化化：如如抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度、彎彎曲曲強(qiáng)強(qiáng)度度、抗抗沖沖擊擊強(qiáng)強(qiáng)度度的的變變化化電電性性能能的的變變化化：如如絕絕緣緣電電阻阻、電電擊擊穿穿強(qiáng)強(qiáng)度度、介介電電常常數(shù)數(shù)等等的的變變化化 第十四章第十四章 材料的老化與穩(wěn)定性材料的老化與穩(wěn)定性一老化的基本類(lèi)型一老化的基本類(lèi)型 化學(xué)老化和物理老化化學(xué)老化和物理老化 1 1 化學(xué)老化化學(xué)老化 是是一一種種不不可可逆逆的的化化學(xué)學(xué)反反應(yīng)應(yīng)，是是高高分分子子材材料料分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)變化的結(jié)果變化的結(jié)果 化學(xué)的老化有降解和交聯(lián)兩種類(lèi)型化學(xué)的老化有降解和交聯(lián)兩種類(lèi)型 （1 1）降解）降解 分子鏈發(fā)生斷裂從而引發(fā)自由基連鎖反應(yīng)的結(jié)果分子鏈發(fā)生斷裂從而引發(fā)自由基連鎖反應(yīng)的結(jié)果 特特 征征：相相 對(duì)對(duì) 分分 子子 量量 下下 降降，材材 料料 變變 軟軟 發(fā)發(fā) 粘粘，抗抗 拉拉 強(qiáng)強(qiáng) 度度 和模量下降和模量下降（2 2）交聯(lián)）交聯(lián) 斷裂的自由基再相互作用產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)果斷裂的自由基再相互作用產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)的結(jié)果 特征：交聯(lián)使材料變硬、變脆，延伸率下降特征：交聯(lián)使材料變硬、變脆，延伸率下降第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性2 2 物理老化物理老化 處處于于非非平平衡衡態(tài)態(tài)的的不不穩(wěn)穩(wěn)定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，在在玻玻璃璃化化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變溫溫度度以以下下存存放放過(guò)過(guò)程程中中會(huì)會(huì)逐逐漸漸趨趨向向穩(wěn)穩(wěn)定定的的平平衡衡態(tài)態(tài)，從從而而引引起起材材料料物物理理、力力學(xué)學(xué)性性能能變化變化二二 化學(xué)老化化學(xué)老化 化化學(xué)學(xué)老老化化是是按按自自由由基基反反應(yīng)應(yīng)機(jī)機(jī)理進(jìn)行的理進(jìn)行的 1 1 反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性鏈引發(fā)鏈引發(fā) 加加工工或或使使用用過(guò)過(guò)程程中中，高高溫溫、高高剪剪切切力力、紫紫外外光光或或催催化化劑劑殘殘留留物物可可導(dǎo)導(dǎo)致致活活性性非非常常高高的的烷烷基基自自由由基基RR產(chǎn)產(chǎn)生生，由由于于鏈鏈引引發(fā)發(fā)反反應(yīng)應(yīng)的的活活化化能能極極低低，烷烷基基自自由由基基非非常常迅迅速速地與分子氧反應(yīng)而形成過(guò)氧化自由基地與分子氧反應(yīng)而形成過(guò)氧化自由基RORO2 2 鏈增長(zhǎng)階段鏈增長(zhǎng)階段 過(guò)過(guò)氧氧化化自自由由基基從從高高分分子子鏈鏈上上獲獲得得一一個(gè)個(gè)氫氫而而形形成成氫氫過(guò)過(guò)氧化物氧化物ROOHROOH，同時(shí)形成一個(gè)新的烷基自由基，同時(shí)形成一個(gè)新的烷基自由基R R 鏈鏈引引發(fā)發(fā)、鏈鏈增增長(zhǎng)長(zhǎng)階階段段形形成成的的自自由由基基不不但但具具有有固固定定氧氧和和抽抽取取氫氫的的能能力力，還還能能發(fā)發(fā)生生自自身身的的單單分分子子分分解解反反應(yīng)應(yīng)，從而發(fā)生高分子鏈的斷裂從而發(fā)生高分子鏈的斷裂 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 反應(yīng)導(dǎo)致反應(yīng)導(dǎo)致 位斷裂，使高分子的相對(duì)分子量降低位斷裂，使高分子的相對(duì)分子量降低 在在鏈鏈終終止止階階段段的的雙雙分分子子反反應(yīng)應(yīng)使使得得高高分分子子的的相相對(duì)對(duì)分分子子量增加，即發(fā)生交聯(lián)，并有可能形成凝膠量增加，即發(fā)生交聯(lián)，并有可能形成凝膠 RORO2 2 自由基雙分子化合是唯一的鏈終止反應(yīng)自由基雙分子化合是唯一的鏈終止反應(yīng) 1 1 熱氧老化熱氧老化 熱熱的的作作用用使使高高分分子子聚聚合合物物引引發(fā)發(fā)產(chǎn)產(chǎn)生生自自由由基基RR它它能能迅迅速速地地與與分分子子氧氧化化合合生生成成過(guò)過(guò)氧氧化化自自由由基基RORO2 2 過(guò)過(guò)氧氧化化自自由由基基RORO2 2 能能從從其其他他碳碳?xì)錃湮镂锓址肿幼踊蚧蛲灰环址肿幼又兄袏Z奪取取氫氫原原子子，形形成成氫氫過(guò)過(guò)氧氧化化自自由由基基ROOHROOH和和新新的的自自由由基基R R ，它它又又與與氧氧分分子子反反應(yīng)應(yīng)生生成成新新的的RORO2 2 ，它它又又可可以以重重新新奪奪取取氫氫原原子子，同同時(shí)時(shí)ROOHROOH分分解解產(chǎn)產(chǎn)生生的的R0R0與與OHOH自自由由基也能奪取氫原子產(chǎn)生新的自由基基也能奪取氫原子產(chǎn)生新的自由基第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性2 2 光氧化老化光氧化老化 紫紫外外線(xiàn)線(xiàn)是是引引發(fā)發(fā)高高分分子子聚聚合合物物光光氧氧化化老老化化的的主主要要原原因因它它可可以以切切斷斷許許多多高高分分子子聚聚合合物物的的化化學(xué)學(xué)鍵鍵，從從而而形形成成自由基，在有氧存在的環(huán)境中產(chǎn)生光氧老化反應(yīng)自由基，在有氧存在的環(huán)境中產(chǎn)生光氧老化反應(yīng) 自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 羰羰基基、過(guò)過(guò)氧氧化化氫氫基基等等基基團(tuán)團(tuán)在在吸吸收收紫紫外外光光后后，能能引引起起光氧化老化反應(yīng)光氧化老化反應(yīng)三三 影響化學(xué)老化的因素影響化學(xué)老化的因素 有外在的和內(nèi)在的兩種因素有外在的和內(nèi)在的兩種因素 內(nèi)在因素是影響高分子老化的根本因素內(nèi)在因素是影響高分子老化的根本因素 1 1 化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu) 老老化化與與化化學(xué)學(xué)鍵鍵強(qiáng)強(qiáng)度度有有密密切切的的關(guān)關(guān)系系弱弱鍵鍵部部位位容容易易斷斷裂，成為自由基引發(fā)反應(yīng)的弱點(diǎn)裂，成為自由基引發(fā)反應(yīng)的弱點(diǎn) 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 聚聚合合物物結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中有有支支鍵鍵和和側(cè)側(cè)基基存存在在時(shí)時(shí)，會(huì)會(huì)降降低低高高分分子子的的鍵鍵能能，當(dāng)支鍵增加時(shí)，會(huì)降低高分子聚合物的穩(wěn)定性能當(dāng)支鍵增加時(shí)，會(huì)降低高分子聚合物的穩(wěn)定性能 聚聚合合物物中中的的雙雙鍵鍵，對(duì)對(duì)穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能也也有有密密切切關(guān)關(guān)系系二二烯烯類(lèi)類(lèi)聚聚合合物物中中，分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中保保留留有有雙雙鍵鍵存存在在，穩(wěn)穩(wěn)定定結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)比比較較差差將將HC1HC1或或C1C12 2引引入入二二烯烯類(lèi)類(lèi)高高分分子子聚聚合合物物中中，提提高高了了它它的的飽飽和和度度和和分分子子間次價(jià)鍵的內(nèi)聚力，提高可它的穩(wěn)定性間次價(jià)鍵的內(nèi)聚力，提高可它的穩(wěn)定性 2 2 物理形態(tài)物理形態(tài) 高分子聚合物的穩(wěn)定性和物理形態(tài)有關(guān)高分子聚合物的穩(wěn)定性和物理形態(tài)有關(guān) 支支鏈鏈聚聚乙乙烯烯在在100100時(shí)時(shí)比比直直鏈鏈聚聚乙乙烯烯老老化化速速度度快快，因因?yàn)闉橹敝辨滄溇劬垡乙蚁┫┙Y(jié)結(jié)晶晶度度比比支支鏈鏈聚聚乙乙烯烯高高，抗抗老老化化能能力力較較強(qiáng)強(qiáng) 在在140140結(jié)結(jié)晶晶熔熔點(diǎn)點(diǎn)以以上上，氧氧化化速速度度基基本本相相近近，因因?yàn)闉樵谠诮Y(jié)結(jié)晶晶熔熔點(diǎn)點(diǎn)以以上上溫溫度度時(shí)時(shí)，直直鏈鏈聚聚乙乙烯烯和和支支鏈鏈聚聚乙乙烯烯都都已已成成為為無(wú)無(wú)定定型型狀狀態(tài)態(tài)，消消除了物理形態(tài)上的差別除了物理形態(tài)上的差別 氧吸收速度越高，抗氧化老化能力越弱氧吸收速度越高，抗氧化老化能力越弱第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 高高分分子子聚聚合合物物分分子子鏈鏈的的有有序序排排列，可形成結(jié)晶區(qū)列，可形成結(jié)晶區(qū) 大大多多數(shù)數(shù)高高分分子子材材料料，既既有有結(jié)結(jié)晶區(qū)，又有非晶區(qū)晶區(qū)，又有非晶區(qū) 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 3 立體規(guī)整性立體規(guī)整性 高高分分子子的的立立體體規(guī)規(guī)整整性性與與它它的的結(jié)結(jié)晶度有密切的關(guān)系晶度有密切的關(guān)系 有有立立體體規(guī)規(guī)整整性性高高分分子子聚聚合合物物要要比無(wú)規(guī)整結(jié)構(gòu)高聚物穩(wěn)定性高比無(wú)規(guī)整結(jié)構(gòu)高聚物穩(wěn)定性高 4相對(duì)分子量與相對(duì)分子量分布相對(duì)分子量與相對(duì)分子量分布 氧化速度幾乎與相對(duì)分子量無(wú)關(guān)氧化速度幾乎與相對(duì)分子量無(wú)關(guān) 相相對(duì)對(duì)分分子子量量分分布布對(duì)對(duì)高高分分子子聚聚合合物物的的氧化有影響氧化有影響 分布越寬，越易氧化分布越寬，越易氧化 5 5金屬微量雜質(zhì)和其他雜質(zhì)金屬微量雜質(zhì)和其他雜質(zhì) 金屬離子殘留影響高分子聚合物自動(dòng)氧化的引發(fā)作用金屬離子殘留影響高分子聚合物自動(dòng)氧化的引發(fā)作用金屬離子會(huì)加速老化速度金屬離子會(huì)加速老化速度 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性四四 物理老化物理老化 1 物理老化的基本概念物理老化的基本概念 玻玻璃璃態(tài)態(tài)高高分分子子材材料料通通過(guò)過(guò)小小區(qū)區(qū)域域鏈鏈段段的的微微布布朗朗運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)使使其其凝凝聚聚態(tài)態(tài)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)從從非非平平衡衡態(tài)態(tài)向向平平衡衡態(tài)態(tài)過(guò)過(guò)渡渡，使使材材料料的的物物理理、力力學(xué)性能發(fā)生變化學(xué)性能發(fā)生變化 自自由由體體積積減減少少，密密度度增增加加，模模量量和和抗抗拉拉強(qiáng)強(qiáng)度度增增加加，斷斷裂裂伸長(zhǎng)及沖擊強(qiáng)度下降伸長(zhǎng)及沖擊強(qiáng)度下降 材料由塑性轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈圆牧嫌伤苄赞D(zhuǎn)變?yōu)榇嘈? 2 物理老化的特點(diǎn)物理老化的特點(diǎn)(1)(1)物理老化是可逆的物理老化是可逆的 物理老化是一種熱力學(xué)可逆過(guò)程物理老化是一種熱力學(xué)可逆過(guò)程 已已產(chǎn)產(chǎn)生生物物理理老老化化的的材材料料再再加加熱熱到到液液態(tài)態(tài)，并并迅迅速速冷冷卻卻到存放溫度，其性能又恢復(fù)到老化以前的狀態(tài)到存放溫度，其性能又恢復(fù)到老化以前的狀態(tài) (2)(2)物理老化是緩慢的自減速過(guò)程物理老化是緩慢的自減速過(guò)程 老化速率隨存放時(shí)間的指數(shù)函數(shù)減少老化速率隨存放時(shí)間的指數(shù)函數(shù)減少 (3)(3)老化速率與溫度符合地老化速率與溫度符合地ArrheniusArrhenius方程方程 (4)(4)不同材料有相似的老化規(guī)律不同材料有相似的老化規(guī)律四四 防止老化的措施防止老化的措施 在高分子材料中添加各種穩(wěn)定劑在高分子材料中添加各種穩(wěn)定劑用物理方法進(jìn)行防護(hù)用物理方法進(jìn)行防護(hù)改進(jìn)聚合和成型加工工藝改進(jìn)聚合和成型加工工藝將聚合物改性將聚合物改性第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 1 1熱氧老化的防止措施熱氧老化的防止措施（1 1）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈終止劑（主抗氧劑）鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈終止劑（主抗氧劑）自由基捕獲體自由基捕獲體 電子給予體電子給予體 叔胺是能提供電子一類(lèi)的化合物叔胺是能提供電子一類(lèi)的化合物 氫原子給予體氫原子給予體 主抗氧劑有仲胺類(lèi)和受阻酚兩大類(lèi)主抗氧劑有仲胺類(lèi)和受阻酚兩大類(lèi) (2)(2)抑制性穩(wěn)定劑抑制性穩(wěn)定劑(輔助抗氧劑輔助抗氧劑)過(guò)氧化物分解劑過(guò)氧化物分解劑 與氫過(guò)氧化物作用，使氫過(guò)氧化物分解為非活性物與氫過(guò)氧化物作用，使氫過(guò)氧化物分解為非活性物質(zhì)的穩(wěn)定劑質(zhì)的穩(wěn)定劑 金屬離子鈍化劑金屬離子鈍化劑 微微量量金金屬屬離離子子催催化化作作用用，加加快快了了ROOHROOH分分解解為為自自由由基的速度，需要將殘留的金屬離子加以鈍化基的速度，需要將殘留的金屬離子加以鈍化第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性2 2 光氧老化的防止措施光氧老化的防止措施(1)(1)紫外光屏蔽紫外光屏蔽 使使紫紫外外線(xiàn)線(xiàn)不不能能進(jìn)進(jìn)入入高高分分子子材材料料內(nèi)內(nèi)部部，限限制制光光氧氧老老化化反應(yīng)反應(yīng) (2)(2)紫外光吸收紫外光吸收 對(duì)對(duì)紫紫外外光光有有強(qiáng)強(qiáng)烈烈的的吸吸收收作作用用，將將有有害害的的紫紫外外光光吸吸收收，并并將將激激發(fā)發(fā)能能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉閷?duì)對(duì)高高分分子子材材料料無(wú)無(wú)害害振振動(dòng)動(dòng)能能釋釋放放出出去去 分子內(nèi)部生成氫鍵的特征分子內(nèi)部生成氫鍵的特征 (3)(3)猝滅過(guò)程猝滅過(guò)程 通過(guò)分子間的作用消散能量通過(guò)分子間的作用消散能量 (4)(4)受阻胺受阻胺 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 猝滅功能猝滅功能 受受阻阻胺胺能能與與激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)的的單單線(xiàn)線(xiàn)態(tài)態(tài)氧氧反反應(yīng)應(yīng)，形形成成激激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)復(fù)復(fù)合合物物，使使單單線(xiàn)線(xiàn)態(tài)態(tài)氧氧的的激激發(fā)發(fā)能能消消失失，單單線(xiàn)線(xiàn)態(tài)態(tài)氧氧濃濃度度降降低低，從而使光氧老化速度受到抑制從而使光氧老化速度受到抑制 氫過(guò)氧化物的分解作用氫過(guò)氧化物的分解作用 氫氫過(guò)過(guò)氧氧化化物物O-OO-O鍵鍵的的離離解解能能很很小小，容容易易受受到到外外界界的影響，離解為自由基，形成穩(wěn)定性的化合物，的影響，離解為自由基，形成穩(wěn)定性的化合物，捕獲活性自由基的功能捕獲活性自由基的功能 ROOHROOH和和受受阻阻胺胺反反應(yīng)應(yīng)，生生成成穩(wěn)穩(wěn)定定的的氮氮氧氧自自由由基基氮氮氧氧自自由由基基有有捕捕獲獲活活性性自自由由基基的的功功能能氮氮氧氧自自由由基基又又可可再生，循環(huán)使用再生，循環(huán)使用 能使金屬離子鈍化能使金屬離子鈍化 受阻胺能和金屬離子形成絡(luò)合物，使金屬離子鈍化受阻胺能和金屬離子形成絡(luò)合物，使金屬離子鈍化第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性 3 3 穩(wěn)定劑的并用穩(wěn)定劑的并用 (1)(1)加和效應(yīng)加和效應(yīng) 穩(wěn)定劑的作用能夠發(fā)揮它們各自特性的加和作用穩(wěn)定劑的作用能夠發(fā)揮它們各自特性的加和作用 (2)(2)協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng) 兩種或兩種以上穩(wěn)定劑并用時(shí)，它們的總效大于兩兩種或兩種以上穩(wěn)定劑并用時(shí)，它們的總效大于兩者或兩者以上單獨(dú)使用的加和效應(yīng)者或兩者以上單獨(dú)使用的加和效應(yīng) 均勻協(xié)同效應(yīng)：穩(wěn)定機(jī)理相同均勻協(xié)同效應(yīng)：穩(wěn)定機(jī)理相同 非均勻協(xié)同效應(yīng)：穩(wěn)定機(jī)理不同非均勻協(xié)同效應(yīng)：穩(wěn)定機(jī)理不同 有自協(xié)同效應(yīng)：有自協(xié)同效應(yīng)：一種穩(wěn)定劑具有兩種或兩種以上不同穩(wěn)定機(jī)理一種穩(wěn)定劑具有兩種或兩種以上不同穩(wěn)定機(jī)理 (3)(3)對(duì)抗效應(yīng)對(duì)抗效應(yīng) 一種穩(wěn)定劑對(duì)另一種穩(wěn)定劑產(chǎn)生有害影響一種穩(wěn)定劑對(duì)另一種穩(wěn)定劑產(chǎn)生有害影響 第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的老化與穩(wěn)定性高分子材料的老化與穩(wěn)定性一一 塑料加工熱穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)塑料加工熱穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)1 1 熔體流動(dòng)速率（熔融指數(shù)）法熔體流動(dòng)速率（熔融指數(shù)）法 測(cè)試熱塑性塑料熱穩(wěn)定性能的方法測(cè)試熱塑性塑料熱穩(wěn)定性能的方法 用用熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率儀儀、按按GB3682GB3682熱熱塑塑性性塑塑料料熔熔體體流動(dòng)速率試驗(yàn)方法流動(dòng)速率試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的方法的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試的方法 在在一一定定的的溫溫度度和和負(fù)負(fù)荷荷下下，測(cè)測(cè)定定材材料料在在熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率儀儀中中進(jìn)進(jìn)行行老老化化后后經(jīng)經(jīng)不不同同停停留留時(shí)時(shí)間間的的熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率變變化化，井進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)井進(jìn)行定量的評(píng)價(jià) 低密度聚乙烯低密度聚乙烯(LDPE)(LDPE)抗氧劑配方：抗氧劑配方：亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑P2P2，w w0.10.1 亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑P2P2，w0.1w0.1 亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑P2P2，w 0.05w 0.05；亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑P4P4，w=0.05w=0.05-0.1-0.1第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) LDPELDPE的的熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率(MFR)(MFR)，在在熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率儀儀 中中 停停 留留 時(shí)時(shí) 間間 越越 長(zhǎng)長(zhǎng)，MFRMFR越越小小MFRMFR變變小小的的主主要要原原因因是是，受受到到氧氧化化后后導(dǎo)導(dǎo)致致發(fā)發(fā)生生交交聯(lián)聯(lián)作作用用，即即生生成成凝凝膠膠，導(dǎo)導(dǎo)致致分分子子量量變變大大，同同一一種種材材料料分分子量越大，子量越大，MFRMFR越小越小 配配方方LDPELDPE熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能最最好好，因因?yàn)闉樗牡腗FRMFR在在熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率儀儀中中停停留時(shí)間延長(zhǎng)而無(wú)變化留時(shí)間延長(zhǎng)而無(wú)變化第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)2 2 流變法流變法 用轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行測(cè)試用轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行測(cè)試 儀儀器器一一般般有有混混和和裝裝置置和和擠擠出出裝裝置置，可可以以自自動(dòng)動(dòng)記記錄錄扭扭矩、壓力、溫度、時(shí)間等參數(shù)矩、壓力、溫度、時(shí)間等參數(shù) 原原理理是是：測(cè)測(cè)試試塑塑料料在在老老化化期期間間扭扭矩矩與與時(shí)時(shí)間間、溫溫度度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)之間的變化關(guān)系，進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)速等參數(shù)之間的變化關(guān)系，進(jìn)行定量的評(píng)價(jià) 定定量量評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)采采用用混混合合器器裝裝置置時(shí)時(shí)可可以以在在儀儀器器上上直直接接反反映映；采采用用擠擠出出裝裝置置時(shí)時(shí)，可可以以通通過(guò)過(guò)其其他他儀儀器器(如如熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率儀儀)測(cè)試反映測(cè)試反映 流流變變法法測(cè)測(cè)試試塑塑料料熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能，比比較較接接近近實(shí)實(shí)際際成成型型加加工工工工藝藝條條件件，測(cè)測(cè)試試結(jié)結(jié)果果比比較較接接近近實(shí)實(shí)際際情情況況，還還沒(méi)沒(méi)有有國(guó)國(guó)家統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)家統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 試試驗(yàn)驗(yàn)儀儀器器；布布拉拉本本得得(BRABENDER)(BRABENDER)流流變變儀儀；熔熔體體流動(dòng)速率儀流動(dòng)速率儀 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) (1)PP (1)PP：抗氧劑：抗氧劑:硬脂酸鈣硬脂酸鈣=100=100：0.250.25：0.25 0.25 試驗(yàn)條件：流變儀擠出工藝條件：試驗(yàn)條件：流變儀擠出工藝條件：溫度：溫度：150150、210210、230230、240240、230 230 螺桿轉(zhuǎn)速：螺桿轉(zhuǎn)速：60r/min60r/min 測(cè)試條件：負(fù)荷測(cè)試條件：負(fù)荷2.16kg,2302.16kg,230 不加抗氧劑不加抗氧劑 亞磷酸亞磷酸酯酯類(lèi)抗氧劑類(lèi)抗氧劑P-1P-1 酚類(lèi)抗氧劑酚類(lèi)抗氧劑A0-1A0-1 亞磷酸亞磷酸酯酯類(lèi)抗氧劑類(lèi)抗氧劑P-5 P-5 不不加加抗抗氧氧劑劑的的聚聚丙丙烯烯在在擠擠出出加加工工中中發(fā)發(fā)生生大大分分子子鏈鏈斷斷裂裂，相相對(duì)對(duì)分分子子量量迅迅速速下下降降，致致使使熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率上上升升 配配方方經(jīng)經(jīng)擠擠出出3 3次次后后，熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率已已上上升升到到17g17g(10min)(10min)左左右右之之后后變變化化緩緩慢慢，是是由由于于大大量量斷斷鏈鏈?zhǔn)故够罨钚孕渣c(diǎn)點(diǎn)增增多多，除除繼繼續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)生生受受熱熱斷斷鏈鏈外外，還還有有相相互互結(jié)結(jié)合合起起來(lái)或發(fā)生交聯(lián)來(lái)或發(fā)生交聯(lián) 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)(2)(2)高分子量高密度聚乙烯（高分子量高密度聚乙烯（HDPEHDPE）亞磷酸亞磷酸酯酯類(lèi)抗氧劑類(lèi)抗氧劑P-2P-2；亞磷酸亞磷酸酯酯類(lèi)抗氧劑類(lèi)抗氧劑P-1P-1；亞磷酸亞磷酸酯酯類(lèi)抗氧劑類(lèi)抗氧劑P-4P-4試驗(yàn)儀器：布拉本得流變儀；試驗(yàn)儀器：布拉本得流變儀；試驗(yàn)條件：流變儀混和工藝條件：試驗(yàn)條件：流變儀混和工藝條件：220220 轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速：60r/min60r/min 用用流流變變法法可可測(cè)測(cè)定定塑塑料料出出現(xiàn)現(xiàn)交交聯(lián)聯(lián)的的誘誘導(dǎo)導(dǎo)期期大大分分子子鏈鏈一一旦旦交交聯(lián)聯(lián)，流流變變儀儀的的扭扭矩矩會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)躍躍升升變變化化用用扭扭矩矩改改變變來(lái)來(lái)評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)抗抗氧氧劑劑的的作作用用效效果果，即即熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能配配方方處理的高分子量高密度聚乙烯熱穩(wěn)定性能最好處理的高分子量高密度聚乙烯熱穩(wěn)定性能最好第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)二塑料長(zhǎng)效熱穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)二塑料長(zhǎng)效熱穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 1 熱熱老老化化法法是是測(cè)測(cè)定定塑塑料料在在強(qiáng)強(qiáng)制制通通風(fēng)風(fēng)的的空空氣氣熱熱老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行加速老化的方法老化試驗(yàn)箱中進(jìn)行加速老化的方法 原原理理：將將塑塑料料試試樣樣置置于于熱熱老老化化箱箱中中，使使其其在在一一定定溫溫度度下下經(jīng)經(jīng)受受熱熱和和氧氧的的加加速速老老化化作作用用，通通過(guò)過(guò)測(cè)測(cè)試試?yán)侠匣扒昂蠛笮孕阅苣艿牡淖冏兓u(píng)評(píng)定定塑塑料料的的抗抗熱熱老老化化性性能能 試試驗(yàn)驗(yàn)按按GB714lGB714l塑塑料料熱熱空空氣氣曝曝露露試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)進(jìn)進(jìn)行行標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中中規(guī)規(guī)定定：塑塑料料的的老老化化程程度度是是根根據(jù)據(jù)塑塑料料在在曝曝露露試試驗(yàn)驗(yàn)中中性性能能的的變變化化來(lái)來(lái)評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)的的一一種種或或幾幾種種性能的變化來(lái)評(píng)定塑料的熱老化性能性能的變化來(lái)評(píng)定塑料的熱老化性能第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)2 2 熱老化的特征熱老化的特征通通過(guò)過(guò)目目測(cè)測(cè)試試樣樣外外觀觀變變化化：局局部部粉粉化化、龜龜裂裂、斑斑點(diǎn)點(diǎn)、起起泡及變形泡及變形質(zhì)量的變化等質(zhì)量的變化等力力學(xué)學(xué)性性能能變變化化：拉拉伸伸強(qiáng)強(qiáng)度度、斷斷裂裂伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率、彎彎曲曲強(qiáng)強(qiáng)度度及及沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度光學(xué)性能變化：變色、退色及透光率光學(xué)性能變化：變色、退色及透光率電學(xué)性能的變化：電阻率、耐電強(qiáng)度及介電常數(shù)等電學(xué)性能的變化：電阻率、耐電強(qiáng)度及介電常數(shù)等其他性能變化：硬度其他性能變化：硬度第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 3 配方：配方：M(M(聚丙烯聚丙烯)：M(M(復(fù)合抗氧劑復(fù)合抗氧劑)=100)=100：MM 無(wú)復(fù)合抗氧劑；無(wú)復(fù)合抗氧劑；B-215B-215，0 01 1份；份；B-215B-215，0 03 3份份 B-215B-215，0 05 5份；份；B-215B-215，0 07 7份份 B-25B-25，0 03 3份；份；B-225B-225，0 05 5份份 B-225B-225，0 07 7份份 試驗(yàn)儀器：有轉(zhuǎn)盤(pán)和鼓風(fēng)機(jī)的熱老化箱試驗(yàn)儀器：有轉(zhuǎn)盤(pán)和鼓風(fēng)機(jī)的熱老化箱 試驗(yàn)條件：溫度試驗(yàn)條件：溫度150150第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 出出現(xiàn)現(xiàn)脆脆點(diǎn)點(diǎn)的的時(shí)時(shí)間間和和脆脆化化面面積積達(dá)達(dá)1/31/3的的時(shí)時(shí)間間作作為為評(píng)評(píng)定定抗抗氧氧化化熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的主主要要指指標(biāo)標(biāo)，同同時(shí)時(shí)測(cè)測(cè)定定拉拉伸伸強(qiáng)強(qiáng)度度、伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率和熱老化過(guò)程中熔體流動(dòng)速率等指標(biāo)率和熱老化過(guò)程中熔體流動(dòng)速率等指標(biāo) 隨隨復(fù)復(fù)合合抗抗氧氧劑劑用用量量的的增增加加，防防熱熱老老化化性性能能相相應(yīng)應(yīng)提提高高，抗抗氧氧劑劑B225B225的的熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性能能優(yōu)優(yōu)于于B215B215PPPP經(jīng)經(jīng)老老化化后后伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率急急劇劇下下降降，而而拉拉伸伸強(qiáng)強(qiáng)度度在在老老化化過(guò)過(guò)程程中中緩緩慢慢下下降降，經(jīng)經(jīng)B-225B-225處處理理的的試試樣樣，伸伸長(zhǎng)長(zhǎng)率率下下降降比比經(jīng)經(jīng)B-215B-215處處理理的的試試樣樣緩緩慢慢，進(jìn)進(jìn)一一步步說(shuō)說(shuō)明明抗抗氧氧劑劑B-225B-225的的熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性能憂(yōu)于能憂(yōu)于B215B215 隨隨老老化化時(shí)時(shí)間間的的增增加加，熔熔體體流流動(dòng)動(dòng)速速率率增增大大，表表明明聚聚丙丙烯在熱老化過(guò)程中發(fā)生降解，使分子量減小烯在熱老化過(guò)程中發(fā)生降解，使分子量減小 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 三三 塑料防光氧老化性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)塑料防光氧老化性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 塑塑料料光光氧氧老老化化性性能能的的試試驗(yàn)驗(yàn)法法有有自自然然曝曝露露試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法和和實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 塑塑料料在在防防光光氧氧老老化化試試驗(yàn)驗(yàn)中中，應(yīng)應(yīng)確確定定不不同同的的性性能能評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)指指標(biāo)標(biāo)有有光光學(xué)學(xué)性性能能(如如光光澤澤、色色變變和和透透射射率率等等)，力力學(xué)學(xué)性性能能(如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等)1 1 塑料自然氣候曝露試驗(yàn)法塑料自然氣候曝露試驗(yàn)法 按按ISO/DIS877ISO/DIS877國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 直直接接大大氣氣老老化化（方方法法)、用用玻玻璃璃過(guò)過(guò)濾濾日日光光后后的的間間接大氣老化接大氣老化(方法方法)，強(qiáng)化日光老化方法，強(qiáng)化日光老化方法(方法方法)第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) 塑料自然氣候曝露試驗(yàn)塑料自然氣候曝露試驗(yàn)(即戶(hù)外氣候試驗(yàn)即戶(hù)外氣候試驗(yàn))試試樣樣置置于于自自然然環(huán)環(huán)境境氣氣候候下下曝曝露露，使使其其經(jīng)經(jīng)受受日日光光、溫溫度度、氧氧等等氣氣候候因因素素的的綜綜合合作作用用，測(cè)測(cè)定定其其性性能能的的變變化化來(lái)來(lái)評(píng)評(píng)價(jià)價(jià)塑塑料料的的耐耐候候性性塑塑料料自自然然氣氣候候曝曝露露試試驗(yàn)驗(yàn)法法是是按按GB368lGB368l的的規(guī)規(guī)定定進(jìn)進(jìn)行行的的曝曝露露場(chǎng)場(chǎng)必必須須選選擇擇能能代代表表某某一一氣氣候候類(lèi)類(lèi)型型的的最最嚴(yán)嚴(yán)酷酷的的地地區(qū)區(qū)，塑塑料料試試樣樣在在曝曝露露架架上上必必須須朝朝南南呈呈4545安安放放，當(dāng)當(dāng)主主要要性性能能指指標(biāo)標(biāo)已已降降至至實(shí)實(shí)際際使使用用的的最最低低允許值或某一保留率以下時(shí)試驗(yàn)使可結(jié)束允許值或某一保留率以下時(shí)試驗(yàn)使可結(jié)束 2 2 實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)法 試驗(yàn)法按試驗(yàn)法按GBGBT164221997T164221997的進(jìn)行的進(jìn)行 氖弧燈、熒光紫外燈、開(kāi)放式碳弧燈氖弧燈、熒光紫外燈、開(kāi)放式碳弧燈3 3種試驗(yàn)方法種試驗(yàn)方法(1)(1)光源與裝置光源與裝置 人工光源應(yīng)盡量準(zhǔn)確地模擬陽(yáng)光的光譜能量分布人工光源應(yīng)盡量準(zhǔn)確地模擬陽(yáng)光的光譜能量分布 由試驗(yàn)箱、輻射測(cè)量?jī)x、指示或記錄裝置組成由試驗(yàn)箱、輻射測(cè)量?jī)x、指示或記錄裝置組成 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)(2)(2)塑料氙燈光源曝露試驗(yàn)塑料氙燈光源曝露試驗(yàn)(又稱(chēng)人工加速耐候試驗(yàn)又稱(chēng)人工加速耐候試驗(yàn))模模擬擬和和強(qiáng)強(qiáng)化化塑塑料料在在自自然然氣氣候候中中受受到到的的光光、熱熱、氧氧、濕濕氣氣、降降雨雨為為主主要要老老化化破破壞壞的的環(huán)環(huán)境境因因素素，按按GB9344-GB9344-8888試試驗(yàn)驗(yàn)方方法法進(jìn)進(jìn)行行，評(píng)評(píng)定定性性能能變變化化，獲獲得得近近似似于于自自然然氣氣候的耐候性候的耐候性 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試試樣樣受受300890nm300890nm波波長(zhǎng)長(zhǎng)的的輻輻射射；其其輻輻照照度度為為(1000200)w(1000200)wmm2 2 黑板溫度規(guī)定為黑板溫度規(guī)定為(63 3)(63 3)相對(duì)濕度規(guī)定為相對(duì)濕度規(guī)定為(65 5)(65 5)噴水周期噴水周期18min18minl02min(l02min(噴水時(shí)間噴水時(shí)間/不噴水時(shí)間不噴水時(shí)間)曝露周期數(shù)一般不少于曝露周期數(shù)一般不少于5 5個(gè)個(gè) 材材料料的的耐耐候候性性可可用用性性能能降降至至某某一一規(guī)規(guī)定定值值(常常取取保保留留率率5050)時(shí)的曝露時(shí)間或輻射量來(lái)表示時(shí)的曝露時(shí)間或輻射量來(lái)表示 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)(3)(3)熒光紫外燈光源曝露試驗(yàn)方法熒光紫外燈光源曝露試驗(yàn)方法 人人工工方方法法，模模擬擬雨雨水水或或露露水水及及陽(yáng)陽(yáng)光光中中的的紫紫外外能能量量所所引起的破壞引起的破壞 試試驗(yàn)驗(yàn)箱箱由由耐耐腐腐蝕蝕材材料料構(gòu)構(gòu)成成內(nèi)內(nèi)裝裝8 8支支熒熒光光紫紫外外燈燈，1 1個(gè)個(gè)加加熱熱水水槽槽、試試驗(yàn)驗(yàn)祥祥品品架架以以及及供供控控制制和和指指示示操操作作時(shí)時(shí)間間和溫度的設(shè)備和溫度的設(shè)備 熒熒光光紫紫外外燈燈長(zhǎng)長(zhǎng)1220mm1220mm，功功率率40W40W，發(fā)發(fā)射射峰峰為為313nm313nm試驗(yàn)面與燈面平行試驗(yàn)面與燈面平行 樣樣品品曝曝露露于于設(shè)設(shè)備備各各側(cè)側(cè)面面上上寬寬90mm90mm、高高210mm210mm的的區(qū)域區(qū)域 在在6060紫外曝露紫外曝露4h4h并在并在5050冷凝冷凝4h4h 燈運(yùn)行燈運(yùn)行400450 h400450 h后，每排更換后，每排更換1 1支燈支燈 到商定的試驗(yàn)總小時(shí)數(shù)后結(jié)束試驗(yàn)到商定的試驗(yàn)總小時(shí)數(shù)后結(jié)束試驗(yàn) 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) （4 4）評(píng)價(jià)塑料防老化性能的指標(biāo)）評(píng)價(jià)塑料防老化性能的指標(biāo) 用曝露后性能值與初始性能值的比值表示用曝露后性能值與初始性能值的比值表示 X2X2X1 100X1 100 XlXl為初始性能平均值；為初始性能平均值；X2X2為曝露階段試樣平均值為曝露階段試樣平均值 用性能的變化率用性能的變化率 (X2X1)(X2X1)X1 100X1 100 X1X1為初始性能平均值；為初始性能平均值；X2X2為曝露階段試樣平均值為曝露階段試樣平均值 （5 5）塑料防老化性能的判斷值，可以分為兩類(lèi)：）塑料防老化性能的判斷值，可以分為兩類(lèi)：一一類(lèi)類(lèi)是是判判斷斷塑塑料料壽壽命命的的值值，取取性性能能的的保保持持率率為為5050時(shí)，試驗(yàn)終止時(shí)，試驗(yàn)終止 另另一一類(lèi)類(lèi)是是判判斷斷塑塑料料質(zhì)質(zhì)量量的的值值，它它既既可可取取性性能能的的保保持率，又可取性能降至一規(guī)定值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)持率，又可取性能降至一規(guī)定值作為判斷標(biāo)準(zhǔn) 第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià) HDPEHDPE在在老老化化初初期期分分子子鏈鏈交交聯(lián)聯(lián)為為主主，后后期期降降解解趨趨勢(shì)勢(shì)明明顯顯，由由于于氧氧化化使使結(jié)結(jié)晶晶度度均均有有緩緩慢慢增增加加大大氣氣老老化化試試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果與氙燈光源人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本相同結(jié)果與氙燈光源人工加速老化試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)基本相同第二節(jié)第二節(jié) 老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)老化與穩(wěn)定性能的測(cè)試與評(píng)價(jià)