高分子材料物性介紹.ppt

1、材料結(jié)構(gòu)性能參數(shù)介紹 - A brief review,Initiated by Roger Hu Edited by Sunfield Tian,Purpose of this introduction:,1. 了解材料的基本性能參數(shù) 2. 熟悉材料的特性 3. 判斷材料類別 4. 更好地服務(wù)客戶,Contents:,1. 基本物性(Basic concept) 2. 機(jī)械力學(xué)性能(Mechanical) 3. 熱性能(Thermal) 4. 電性能(Electrical) 5. 耐燃性能(Flamability) 6. 光學(xué)性能(Optical),1.基本物性Physical(1)密度(比

2、重),密度： 所謂密度，就是23 C下單位體積物質(zhì)的 質(zhì)量，其國際單位為g/cm3，常用單位有 g/ml，kg/L，1000kg/m3等。 比重： 是物體的密度與相同溫度下水的密度的比 值。一般地, 密度=比重*0.99756。 測(cè)定方法：GB1033-70塑料相對(duì)密度測(cè)試方法 ASTM D792,比重和密度常被用來計(jì)算面積因子, 即指定厚度的每公斤產(chǎn)品的面積(平方米). 面積因子=1/(比重*厚度) m2/kg kg/m3 m,(2) 顏色 Color,顏色：聚合物本身一般都是無色透明或 白色的，但是可以通過添加色母 料或色粉將材料染成各種顏色。 DE1-1 DE1-4 010181 0.5

3、mm DE1-4 011267 0.3mm,(3) 吸水性Water Absorption,吸水率：是指規(guī)定尺寸的試樣浸入規(guī)定溫度（一般為252）的 蒸餾水中，經(jīng)過24h測(cè)定其吸水量，計(jì)算單位面積的吸 水量和吸水率。 塑料材料的吸水率與其結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)有關(guān)。一般地，聚合物分子結(jié)構(gòu)中含有的酯鍵，醚鍵，酰胺鍵等強(qiáng)極性基團(tuán)的比例越高，就越容易吸水。因此這些材料都應(yīng)該妥善貯存在干燥的地方，并且在使用前一定要經(jīng)過干燥，把含水率降低到允許的范圍之內(nèi)，以免過多的水分在成型加工過程中導(dǎo)致材料劣化。 PC: 0.280.35%; PC/PBT: 0.48%; FRPP-GK17 0.06% PEI: 0.25

4、%; PI: 2.9%; PET: 0.8% ; PA: 3% 測(cè)試方法：GB1034-70 ASTM D570,(4) 摩擦系數(shù)Friction,摩擦系數(shù)、磨耗：兩個(gè)互相接觸的物體，彼此間有相對(duì)位移或相對(duì)位移趨勢(shì)時(shí)，互相間產(chǎn)生的阻礙位移的機(jī)械作用力即為摩擦力，表示材料的摩擦特性的參數(shù)就是摩擦系數(shù)和磨耗值。 摩擦力：按照下式計(jì)算： F= 式中，-正壓力（有動(dòng)態(tài)的和靜態(tài)的），單位為牛頓（N） -摩擦系數(shù)（靜態(tài)時(shí)用s表示，動(dòng)態(tài)時(shí)用k表示）。 磨耗值：是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件（載荷、速度、溫度、濕度）下，經(jīng)過一定時(shí)間或距離摩擦后，材料所損失的重量。 測(cè)試方法：可參照GB3960-83,注意: 摩擦系數(shù)和

5、磨耗值大小不是常數(shù)，而是依賴于負(fù)荷、接觸面積、表面結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)速度、溫度及使用潤滑劑等的情況。,布氏硬度：在規(guī)定的負(fù)荷下，將標(biāo)準(zhǔn)鋼球壓入試樣， 保持一定時(shí)間后，以試樣上壓痕直徑或 壓狠深度來計(jì)算單位面積上承受的力。 單位以Pa（1Pa=1N*m-2）表示。 以壓痕直徑計(jì)算時(shí)： 以壓痕深度計(jì)算時(shí)： 式中，P-所加載荷 (N) D-鋼球直徑 (m) d-壓痕直徑 (m) h-壓痕深度 (m) 該方法適用于熱固性塑料或硬質(zhì)塑料。,(4) 硬度,洛氏硬度： 洛氏硬度有兩種標(biāo)示方法：洛氏硬度 標(biāo)尺和洛氏硬度。 洛氏硬度標(biāo)尺：一定直徑的鋼球，在載荷從初負(fù)荷 增加為主負(fù)荷，然后再返回初負(fù)荷 時(shí)鋼球壓痕深度的增

6、量，適用于較 硬的塑料，分為R、M、L標(biāo)尺。 洛氏硬度： 一定直徑的鋼球，在規(guī)定的負(fù)荷的 作用下，壓入試樣的深度。,邵氏硬度(Shore)： 使用邵氏硬度計(jì)，在規(guī)定負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)壓痕器作用下，經(jīng)嚴(yán)格規(guī)定的時(shí)間，以壓痕器的壓針壓入試樣的深度表示。邵氏硬度分為邵氏A和邵氏B。邵氏A適用于較軟的塑料，邵氏B適用于較硬的塑料。（參看GB2411-80） 巴克爾氏硬度： 以特定壓頭在標(biāo)準(zhǔn)彈簧的壓力作用下壓入試樣，以壓痕的深淺來表示試樣的硬度，適用于測(cè)定纖維增強(qiáng)塑料及其制品的硬度，也可用于非增強(qiáng)硬質(zhì)塑料。（參看GB3854-83）,鉛筆硬度Pencil Hardness,鉛筆硬度： 主要以鉛筆的硬度標(biāo)號(hào)來測(cè)定

7、材料表面/涂膜硬度, 即使用一組規(guī)定鉛芯尺寸, 形狀和硬度的鉛筆劃過材料表面/涂膜, 判斷材料表面/涂膜抗擊被犁破或劃傷的能力, 該方法操作簡便, 結(jié)果直觀, 但可能因不同操作人員或不同品牌不同批次的鉛筆而有一定的誤差. 具體測(cè)試方法: 把削好的鉛筆插入小車的斜孔(45度) 內(nèi), 擰緊固定的螺絲,使小車基本保持水平. 把小車放在制備好的試樣上, 兩手指捏住車輪的中心, 以0.5MM/S的速度向前推行,使筆尖劃涂膜的表面, 根據(jù)不同硬度的鉛筆來判定涂膜的硬度, 一般將劃5次中至少有4次不能犁破表面/涂膜的最硬鉛筆的硬度作為材料表面/涂膜的鉛筆硬度值. 筆尖重負(fù)：10.05Kg, 鉛筆規(guī)格：B6H

8、6, 可用三菱或中華系列鉛筆. 具體判定方法根據(jù)GB/T6739-1996標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行. 測(cè)試方法：ASTM D3363, JIS, GB/T6739-1996,?,問題: 對(duì)于HC PET薄膜, 表面硬度可以達(dá)到4H嗎? 硬度高的材料一定耐磨嗎?,(6) 面積因子Area Factor,這是為了應(yīng)用操作中方便的一種計(jì)算方法，可以根據(jù)使用者的習(xí)慣自行定義。常用的為密度的倒數(shù)，單位則可以多種多樣，如m3/kg，m2/kg/mm，ft2/lb/mil等。,2.機(jī)械力學(xué)性能(Mechanical)(1) 應(yīng)力與應(yīng)變,應(yīng)力和應(yīng)變： 當(dāng)材料受到外力作用，而所處的條件使它不能產(chǎn)生慣性移動(dòng)時(shí)，它的幾何形狀

9、和尺寸將發(fā)發(fā)生變化，這種變化就稱為應(yīng)變。材料發(fā)生宏觀的變形時(shí)，其內(nèi)部分子間以及分子內(nèi)各原子間的相對(duì)位置和距離就要發(fā)生變化，產(chǎn)生了原子間及分子之間的附加的內(nèi)力，抵抗著外力，并力圖恢復(fù)到變化前的狀態(tài)，達(dá)到平衡時(shí)，附加內(nèi)力與外力相等，方向相反。定義：單位面積上的附加內(nèi)力為應(yīng)力。顯然，其大小與單位面積上受到的外力相等。 在國際單位制中，應(yīng)力的單位為N/m2，又稱Pa。常見的應(yīng)力單位還有達(dá)因/厘米2（0.1Pa），公斤/厘米2 （9.807X104Pa），和psi磅/英寸2（6.895X103Pa）。,(2) 剛度(Stiffness),剛度： 所謂剛度，是指材料或構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力。剛度是

10、個(gè)整體概念，應(yīng)該與硬度區(qū)別開來。硬度系材料表面抵抗變形或破壞的能力。它們之間是既有聯(lián)系又有區(qū)別的。 一般地，剛性越好的材料，硬度也會(huì)越高，材料就會(huì)比較脆，韌性就較差。 拉伸斷裂延長率(Enlongation at break %) PC 120% PET 20% PMMA 3%,(3) 模量(Modules),模量：對(duì)于理想的彈性固體，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系服從虎克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比例常數(shù)稱之為彈性模量： 可見，彈性模量是材料發(fā)生單位應(yīng)變時(shí)的應(yīng)力，它表征材料抵抗變形能力的大小，模量越大，越不容易變形，表示材料的剛度也就越大。 彈性模量有三種基本類型：楊氏模量、剪切模量和體積模量，分別代表材料

11、在發(fā)生拉伸應(yīng)變、剪切應(yīng)變和受到均勻流體靜態(tài)壓縮時(shí)發(fā)生的應(yīng)變時(shí)的模量。 由于應(yīng)變是無量綱的量，因此彈性模量的單位與應(yīng)力的單位相同,也是N/m2,即 Pa。,(4) 強(qiáng)度(Strength),強(qiáng)度： 所謂強(qiáng)度，就是指材料或構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力。一般把材料或構(gòu)件受到拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)或沖擊后，抵抗破壞的能力分別稱之為拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。,拉伸強(qiáng)度：是在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下，在標(biāo)準(zhǔn)試樣上沿軸向施加拉伸載荷，直到試樣被拉斷為止，斷裂前試樣承受的最大載荷P與試樣的寬度b和厚度d的乘積的比值： 必須注意的是，試樣寬度和厚度在拉伸過程中是隨試樣的伸長而逐漸減小的，由于達(dá)

12、到最大載荷時(shí)的b、d值的測(cè)量很不方便，工程上一般采用起始尺寸來計(jì)算拉伸強(qiáng)度。由于整個(gè)拉伸過程中，聚合物的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系并非線性的，只有當(dāng)變形很小時(shí)，高聚物在可視為虎克彈性體，因此拉伸模量（即楊氏模量）通常由拉伸起始階段的應(yīng)力與應(yīng)變比例來計(jì)算： 式中P是變形較小時(shí)的載荷。(ASTM D882),類似地，如果向試樣施加的是單向壓縮載荷，則測(cè)得的是壓縮強(qiáng)度和壓縮模量 (ASTM D695) 。理論上，虎克定律仍然適用于壓縮的情況，所得的壓縮模量應(yīng)與拉伸模量相等，但實(shí)際上壓縮模量通常稍大于拉伸模量，而拉伸模量與壓縮強(qiáng)度的相對(duì)大小則因材料的性質(zhì)而異。 一般地，塑性材料善于抵抗拉力，而脆性材料善于抵抗壓

13、力。 測(cè)試方法：ASTM D882 抗撕裂強(qiáng)度：如果向試樣施加剪切力，測(cè)得的就是試樣的抗撕裂強(qiáng)度及模量。一般適用于較薄的試樣，如薄板，薄膜等。 測(cè)試方法：初始(initial) ASTM D1004 拓展(propagation) ASTM D1922,彎曲強(qiáng)度：亦稱撓曲強(qiáng)度，是在規(guī)定試驗(yàn)條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣施加靜彎曲力矩，直到試樣折斷為止，取試驗(yàn)過程中的最大載荷，并按下式計(jì)算彎曲強(qiáng)度： 彎曲模量為： 式中叫做撓度，是試樣著力處的位移。 彎曲試驗(yàn)也可以讓試樣一端固定，在另一端施加載荷，或者采用圓形截面的試樣。,沖擊強(qiáng)度：是衡量材料韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)，表征材料抵抗沖擊載荷破壞的能力，通常定義為試樣

14、受沖擊載荷而折斷時(shí)單位截面積所吸收的能量: 式中W是沖斷試樣所消耗的功。 沖擊強(qiáng)度的測(cè)試方法很多，應(yīng)用較廣的有擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)，落重式?jīng)_擊試驗(yàn)和高速拉伸等三類。擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)是讓重錘擺動(dòng)沖擊標(biāo)準(zhǔn)試樣，測(cè)量擺錘沖斷試樣消耗的功，試樣的安放方式有簡支梁式和懸臂梁式，前者（Sharpy）試樣兩端支承著，擺錘沖擊式樣的中部；后者（Izod）試樣一端固定，擺錘沖擊自由端。試樣可用帶缺口的和無缺口的兩種。采用帶缺口的試樣，目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受沖擊時(shí)，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在局部的地方被吸收，從而提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。這種情況下，計(jì)算沖擊強(qiáng)度時(shí)，試樣的厚度d指的是缺口處

15、試樣的剩余厚度。 沖擊強(qiáng)度的單位比較混亂，一般常用的為KJ/m2。 測(cè)試方法：ASTM D256,(5)抗折彎性,對(duì)材料在反復(fù)彎曲情況下的耐久性的一種評(píng)價(jià)指標(biāo), 是耐疲勞性能的一種, 也是材料韌性的一種表示方法. 一般適用于較薄的試樣, 以反復(fù)折彎的周期(次數(shù)) 表示, 與試樣厚度有關(guān).,Mechanical properties:,3.熱性能(Thermal)(1) 特征溫度,如果取一塊非晶態(tài)高聚物試樣，對(duì)它施加一恒定的力，觀察試樣發(fā)生的形變與溫度之間的關(guān)系，就會(huì)得到上面的曲線，通常稱之為溫度-形變曲線或熱機(jī)械曲線。當(dāng)溫度較低時(shí)，試樣呈剛性固體狀，在外力作用下只發(fā)生非常小的形變，形變與受力的

16、大小成正比，當(dāng)外力除去后形變能立刻回復(fù)，這種力學(xué)性質(zhì)稱虎克型彈性，又稱普彈性，非晶態(tài)高聚物處于具有普彈性的狀態(tài)，稱為玻璃態(tài)；當(dāng)溫度上升到一定范圍后，試樣的形變明顯增加，并在隨后的溫度區(qū)間達(dá)到某一相對(duì)穩(wěn)定的形變，在這個(gè)區(qū)域中，試樣變成柔軟的彈性體，溫度繼續(xù)升高時(shí)，形變基本上保持不變，此時(shí)材料所處的狀態(tài)稱為高彈態(tài)；溫度再進(jìn)一步升高，則形變量又逐漸加大，試樣最后完全變成粘性的流體，稱為粘流態(tài)。,玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，簡稱玻璃化溫度，通常用Tg表示；而高彈態(tài)與粘流態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度稱為粘流溫度，用Tf表示。 如果是結(jié)晶高聚物, 則會(huì)表現(xiàn)出如無機(jī)晶體樣的

17、特征熔點(diǎn)(Tm), 但是熔融平臺(tái)沒有無機(jī)晶體那樣平滑, 這是由高聚物的長鏈分子特征決定的. 當(dāng)高聚物熔體冷卻時(shí), 類似地也會(huì)有一個(gè)結(jié)晶溫度(Tc) 和結(jié)晶平臺(tái). PC: Tg 153, HDT1.8MPa 145, RTI 125130 PRPP: HDT66psi(0.455Mpa) 120, RTI 115 PEI: Tg 217, HDT(ASTM D1637 83) 210 Toray T60: RTI 105 PMMA: Tg105 測(cè)試方法：DSC差示掃描量熱法,(2) 熱膨脹系數(shù) (coefficient thermal expansion),熱膨脹系數(shù)： 溫度升高1時(shí)，材料長度

18、變化的百分率，稱為線膨脹系數(shù)。材料在某一溫度區(qū)間的線膨脹特性，稱為平均線膨脹系數(shù)?？砂聪率接?jì)算： =L/(L*t) (-1) 式中，L-試樣在膨脹時(shí)，長度變化的算術(shù)平均值（mm）； L-試樣在室溫時(shí)的長度（mm）； t-試驗(yàn)溫差（） PC: 58ppm/; PET:56ppm/; PI:2132; PET:2080 測(cè)試方法：GB1036-70。,(3) 耐熱性 (heat resistance),耐熱性：指高分子材料在受熱作用下，仍保持其優(yōu)良的物理力學(xué)性能和使用性能的最高溫度。 測(cè)定方法有馬丁耐熱試驗(yàn)法和維卡軟化點(diǎn)試驗(yàn)方法、熱變形溫度試驗(yàn)方法等。這些方法所測(cè)定的溫度，僅僅是在該方法規(guī)定的載荷

19、大小、施加載荷的方式、升溫速度下到達(dá)規(guī)定的變形值的溫度，并不一定是該材料的使用溫度上限。,馬丁耐熱試驗(yàn)法（GB1035-70）該方法測(cè)定的是塑料試樣在等速升溫的環(huán)境中，以一定靜彎曲力矩作用下，測(cè)定達(dá)到一定彎曲變形時(shí)的溫度。 馬丁耐熱試驗(yàn)儀的示意圖如下。規(guī)定試樣為長條形，彎曲應(yīng)力為4.9Mpa，彎曲變形量為6mm，升溫速度為50/h。該試驗(yàn)方法不適用于馬丁耐熱性低于60的塑料。 馬丁耐熱試驗(yàn)裝置示意圖 1-變形指示器 2-重錘 3-橫桿 4-試樣 5-底座,維卡(Vicat)軟化點(diǎn)試驗(yàn)法（GB1633-79）該方法是測(cè)定熱塑性塑料于液體傳熱介質(zhì)中，在一定的負(fù)荷以及等速升溫（12/min）條件下，

20、試樣被1mm2壓針頭壓入1mm深度時(shí)的溫度。試驗(yàn)裝置見下圖。 維卡軟化點(diǎn)試驗(yàn)裝置示意圖 1-砝碼 2-變形測(cè)量裝置 3-負(fù)載桿 4-測(cè)溫裝置 5-壓針 6-試樣 7-攪拌器 8-支架 9-保溫浴槽 10-壓針頭 11-加熱器,熱變形溫度試驗(yàn)法（GB1634-79, ASTM D648）該方法是測(cè)定塑料試樣浸在一種等速升溫的合適液體傳熱介質(zhì)中，在簡支梁式的靜彎曲負(fù)載作用下，試樣彎曲變形到規(guī)定值時(shí)的溫度。所用液體介質(zhì)為變壓器油，升溫速度為2/min，負(fù)荷有1.82Mpa和0.45Mpa兩種。變形值與厚度相關(guān)，不同厚度有不同的變形量規(guī)定值。熱變形溫度試驗(yàn)裝置見下圖。 熱變形溫度試驗(yàn)裝置示意圖 1-負(fù)

21、荷 2-百分表 3-溫度計(jì) 4-負(fù)載桿及壓頭 5-支架 6-液態(tài)介質(zhì) 7-試樣 8-攪拌器,長期耐熱溫度,長期耐熱溫度是指塑料材料在長時(shí)間使用時(shí)的耐熱性，依UL的規(guī)定，塑料材料長期使用溫度是指塑料材料曝露在高溫下，須達(dá)數(shù)萬小時(shí)，物性減半時(shí)的溫度。如UL746規(guī)定的長期耐熱溫度的曝曬時(shí)間為105小時(shí)，約相當(dāng)于11年之久。,(4) 比熱容 (specific heat),定義：單位質(zhì)量下需要輸入多少能量才能使溫度上升一攝氏度，單位為卡/（千克C），數(shù)值越大代表物體容納熱量的能力越大。 根據(jù)上表得知，水比熱容最高，比金屬有更強(qiáng)的熱容能力，這也是水冷散熱器賴以生存的根本。,(5) 熱傳導(dǎo)系數(shù)(導(dǎo)熱系數(shù)

22、) (thermal conductivity),定義：每單位長度、每度K，可以傳送多少瓦數(shù)的能量，單位為W/mK。即截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文（1K1）時(shí)的熱傳導(dǎo)功率。數(shù)值越大，表明該材料的熱傳遞速度越快。 熱阻：英文名稱為thermal resistance，即物體對(duì)熱量傳導(dǎo)的阻礙效果。熱阻的概念與電阻非常類似，單位也與之相仿/W，即物體持續(xù)傳熱功率為1W時(shí)，導(dǎo)熱路徑兩端的溫差。以散熱器而言，導(dǎo)熱路徑的兩端分別是發(fā)熱物體（如CPU等）與環(huán)境空氣。 PC: 0.2 W/m ; Ultem1000:0.22 W/m ; 測(cè)試方法: ASTM C177,4.電性能 (E

23、lectrical)(1) 介電性能,介電常數(shù)(dielectric constant): 在一個(gè)真空平行板電容器上加載直流電壓U, 在電容器的兩個(gè)極板上將產(chǎn)生一定量的電荷Q0, 這個(gè)真空電容器的電容為C0= Q0 /U, 電容C0與所加的電壓大小無關(guān), 而決定于電容器的幾何尺寸, 如果每個(gè)極板的面積為S, 兩極板間的距離為d, 則有C0= 0 S/d 比例常數(shù)0稱為真空電容率, 在國際單位制中0=8.85X10-12法拉第/米. 如果在上述電容器的兩極板間充滿電介質(zhì), 這時(shí)極板上的電荷將增加到Q, 電容器的電容C比真空電容器增加了倍, C=Q/U= C0 = 0 S/d = S/d式中是一個(gè)

24、無因次的純數(shù), 稱為介電常數(shù), 表征電介質(zhì)貯存電能能力的大小, 是介電材料的一個(gè)非常重要的性能指標(biāo). 則稱為介質(zhì)的電容率, 表示單位面積和單位厚度的電介質(zhì)的電容值, 單位與0相同. 測(cè)試方法：ASTM D150,?,問題: 對(duì)于用于電子絕緣的材料, 介電常數(shù)是否越大越好?,對(duì)單對(duì)導(dǎo)線來說，所使用的絕緣材料的介電常數(shù)越高，其導(dǎo)線的直徑就會(huì)越粗,電流傳輸?shù)男试礁摺?對(duì)線對(duì)而言，介電常數(shù)越高，線對(duì)間的間隔就會(huì)越大。而線對(duì)間的間隔則直接關(guān)系著線對(duì)的阻抗。通常我們現(xiàn)在所用的4對(duì)雙絞線阻抗標(biāo)準(zhǔn)值為100歐，各個(gè)廠商在制造線纜時(shí)都努力接近或達(dá)到這個(gè)值。線對(duì)間隔的加大，將會(huì)使整個(gè)線纜的阻抗變的難以控制。 對(duì)

25、整個(gè)雙絞線而言，介電常數(shù)直接影響著線纜的NVP值（標(biāo)稱傳播速率）。介電常數(shù)越低，線纜的NVP值越高，數(shù)據(jù)的傳輸速率也越高。而數(shù)據(jù)的傳播數(shù)率越高，從發(fā)送端到接受端的傳播延遲也就越低。 例如, Intel使用低介電常數(shù)的材料來制作處理器導(dǎo)線間的絕緣體。這種材料可以很好地降低線路間的串?dāng)_，從而降低處理器的功耗，提高處理器的高頻穩(wěn)定性。,介電強(qiáng)度 (dielectric strength),介電強(qiáng)度：在強(qiáng)電場(chǎng)(107108伏/米)中, 隨著電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步提高, 電流-電壓間的關(guān)系已不再符合歐姆定律, dU/dI逐漸減小, 電流比電壓增大得更快(見圖), 當(dāng)達(dá)到dU/dI=0時(shí), 即使維持電壓不變, 電

26、流仍然繼續(xù)增大, 材料突然從介電狀態(tài)變成導(dǎo)電狀態(tài). 在高壓下, 大量的電能迅速地釋放, 使電極之間的材料局部地被燒毀. 這種現(xiàn)象就稱為介電擊穿. dU/dI=0處的電壓Ub稱為擊穿電壓. 擊穿電壓是介質(zhì)可以承受電壓的最大極限. 介質(zhì)的電流-電壓關(guān)系,介電強(qiáng)度的定義就是擊穿電壓Ub與絕緣體厚度h的比值, 即材料能長期承受的最大場(chǎng)強(qiáng): Eb就是介電強(qiáng)度, 或稱擊穿場(chǎng)強(qiáng), 其單位是兆伏/米. 由于高聚物經(jīng)常作為絕緣材料用在電子電氣設(shè)備和器件上, 發(fā)生介電擊穿而遭到破壞的現(xiàn)象是時(shí)常遇到的, 因而介電強(qiáng)度是高聚物絕緣材料的一項(xiàng)重要的指標(biāo). PC 1.5kv/mil; PEI 6.5kv/mil; PI:

27、 7kv/mil PET 4.6kv/mil;,高聚物的介電擊穿按其形成的機(jī)理, 大致可以分為本征擊穿, 熱擊穿和放電擊穿等三種, 而本征擊穿場(chǎng)強(qiáng)是實(shí)際測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值的上限. 具體高聚物試樣的介電強(qiáng)度, 時(shí)常因?yàn)榄h(huán)境介質(zhì), 物理狀態(tài), 溫度, 加壓方式和速度, 電場(chǎng)頻率, 純度以及所使用電極的類型等等因素的影響而偏低, 而且這些外部因素的影響往往比結(jié)構(gòu)因素更大. 例如, 同一種高聚物, 薄膜試樣比固體試樣的數(shù)值要高的多, 這可能是薄膜試樣比較均勻, 而固體試樣往往含有較多缺陷的緣故. 由于擊穿實(shí)驗(yàn)是一種破壞實(shí)驗(yàn), 因此這一性能指標(biāo)有時(shí)候也用耐壓實(shí)驗(yàn)來代替, 即在高聚物制件上加載一實(shí)驗(yàn)電壓, 經(jīng)過

28、一定時(shí)間后不發(fā)生擊穿, 即認(rèn)為產(chǎn)品合格. 測(cè)試方法：ASTM D149,介電損耗 (dissipation),介電損耗：電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中, 由于消耗一部分電能, 使介質(zhì)本身發(fā)熱, 這種現(xiàn)象就是介電損耗. 材料的介電損耗大小通常用物理量介電損耗角正切tg來表示, 是每個(gè)交變周期內(nèi)介質(zhì)損耗的能量與介質(zhì)貯存的能量的比值. 通常也用介電損耗因子這一概念來表示材料介電損耗的大小, 它是介質(zhì)電容器的損耗功率與相應(yīng)的真空電容器的容性無功功率之比. 高聚物的介電損耗角正切通常是小于1的數(shù), 大多數(shù)在10-2到10-4范圍內(nèi). tg=10-4表示損耗功率只是容性無功功率的萬分之一, 即材料的介電損耗很小. F

29、RPC: 0.26% (60Hz), 1.17% (1MHz); Toray S10: 0.36-0.43% (20, 1000Hz) Formex GK17: 0.19% (ASTM D150) 測(cè)試方法：ASTM D150,當(dāng)高聚物作為電工絕緣材料或電容器材料使用時(shí), 不容許有大量的損耗, 否則不但要浪費(fèi)大量的電能, 還會(huì)引起高聚物發(fā)熱, 老化, 以至破壞, 所以要求材料的tg越小越好. 但是與此相反, 在高聚物的高頻干燥, 塑料薄膜的高頻焊接以及大型高聚物制件的高頻熱處理等情況下, 則要求材料的tg大一些為好. 介電損耗的大小除受到高聚物的分子結(jié)構(gòu)影響外, 還受交變電場(chǎng)頻率, 環(huán)境溫度,

30、 電壓, 材料中的添加劑和雜質(zhì)等的影響. FRPC: 0.0026 60Hz, 0.01171MHz PC: 0.001 (60Hz), 0.006(1MHz) FRPP GK17: 0.0019 (ASTM D150),(2) 導(dǎo)電性能(conductivity),材料的導(dǎo)電性能是用電阻率或電導(dǎo)率來表示的。當(dāng)試樣加上直流電壓U時(shí)，如果流過試樣的電流為I，則按照歐姆定律， 試樣的電阻R為R=U/I 試樣的電導(dǎo)G為電阻的倒數(shù) G=1/R=I/U 電阻和電導(dǎo)的大小都與試樣的幾何尺寸有關(guān)，不是材料導(dǎo)電性的特征物理量。 試樣的電阻與試樣的厚度h成正比，與試樣的面積S成反比R= h/S 比例常數(shù)稱為電阻

31、率，單位是歐米，是單位厚度，單位面積試樣的電阻值。類似地，對(duì)試樣的電導(dǎo)有 G= S/h 比例常數(shù)稱為電導(dǎo)率，單位是歐-1米-1 ，是單位厚度單位面積試樣的電導(dǎo)值。 顯然，電阻率與電導(dǎo)率都不再與試樣的尺寸有關(guān)，而只決定于材料的性質(zhì)，它們互為倒數(shù)，都可用來表征材料的導(dǎo)電性。,在高聚物的導(dǎo)電性表征中，有時(shí)需要分別表示高聚物表面和體內(nèi)的不同導(dǎo)電性，常常分別采用表面電阻率和體積電阻率來表示。,表面電阻率s定義為單位正方形表面上兩刀形電極之間的電阻。如果刀形電極的長度l與兩電極間的距離b不相等，則可采用下述關(guān)系式表示： s = Rs l/b從實(shí)測(cè)的表面電阻可以計(jì)算出表面電阻率s。上面的公式也可以寫做： s

32、 = (U/b)/(Is/l) 因而可以說，表面電阻率是沿v試樣表面電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處單位長度的表面電流之比。s的單位是歐姆。 刀形電極示意圖,類似地，對(duì)體積電阻率v有 式中h是試樣的厚度（即兩電極之間的距離），S是電極的面積，U是外加電壓，Rv和Iv是測(cè)得的體積電阻和體積電流。因此，體積電阻率是體積電流方向的直流場(chǎng)強(qiáng)與該處體積電流密度之比。v的單位是歐米。一般說來，在提到電阻率而又沒有特別指明的地方通常就是指體積電阻率。 分子結(jié)構(gòu)是決定高聚物導(dǎo)電性的內(nèi)在因素，也是最重要的因素。 測(cè)試方法：ASTM D257; IEC 60093,5. 耐燃性 (Flammability)(1)阻燃,俗

33、話說“水火無情”。火災(zāi)一直是人類不得不痛苦面對(duì)的天災(zāi)/人禍. 在火災(zāi)情況下，人員的傷亡，主要有以下幾方面：燒死燒傷；高溫灼傷；缺氧窒息；煙氣中毒；踩踏；不正確逃生方式造成的摔死、摔傷；引發(fā)其他并發(fā)癥等。而火災(zāi)的起因雖然多種多樣, 畢竟都因材料“可燃”而導(dǎo)致和發(fā)展. 因此, 降低材料的“可燃性”或提高材料的“耐燃性(阻燃性)”就成為人們防范火災(zāi)和降低火災(zāi)損失的首選方法. 以碳, 氫為主要成分的高聚物, 具有一定的可燃性. 阻燃劑就是添加到高聚物中以提高其阻燃性能(阻止引燃或抑制火焰?zhèn)鞑?的添加劑. 最常用和最重要的阻燃劑是氯, 磷, 溴, 銻和鋁的化合物. 阻燃劑根據(jù)使用方法可以分為添加型和反應(yīng)

34、型兩大類.,(2) 氧氣指數(shù) (Oxygen index),物質(zhì)燃燒時(shí),需要消耗大量的氧氣,不同的可燃物,燃燒時(shí)需要消耗的氧氣量不同,通過對(duì)物質(zhì)燃燒過程中消耗最低氧氣量的測(cè)定,計(jì)算出物質(zhì)的氧指數(shù)值,可以評(píng)價(jià)物質(zhì)的燃燒性能。 所謂氧指數(shù)（Oxygen Index, OI），是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒（即進(jìn)行有焰燃燒）所需的最低氧氣濃度，以氧所占的體積百分?jǐn)?shù)的數(shù)值表示（即在該物質(zhì)引燃后，能保持燃燒50mm長或燃燒時(shí)間3min時(shí)所需要的氧、氮混合氣體中最低氧的體積百分比濃度）。 氧指數(shù)越高, 難燃性越好. 以氧指數(shù)作為判斷材料在空氣中與火焰接觸時(shí)燃燒的難易程度非常有效

35、。一般認(rèn)為，OI27的屬易燃材料,27OI32的屬可燃材料,OI32的屬難燃材料。,(3) UL 黃卡,UL是英文美國安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室（Underwriter Laboratories Inc.）的簡寫,是作為第三者的立場(chǎng)對(duì)工業(yè)制品的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的美國的一家非營利團(tuán)體。在美國，幾乎所有的全部州政府都對(duì)電氣制品賦予了必須取得UL認(rèn)定的義務(wù)，事實(shí)上它已成為美國事實(shí)上的通用標(biāo)準(zhǔn)。 UL是一個(gè)具有世界知名度的獨(dú)立的、非營利的、為公共安全做試驗(yàn)的專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)。,雖然成為UL對(duì)象、有種類繁多的試驗(yàn)科目，并且其UL進(jìn)行的試驗(yàn)方法和規(guī)格也多種多樣，但是其服務(wù)大致分為以下4種： 1. 對(duì)最終制品的列名服務(wù)（Li

36、sting）。這是針對(duì)象個(gè)人電腦等消費(fèi)者直接使用的產(chǎn)品所進(jìn)行的服務(wù)。UL對(duì)制品的安全性進(jìn)行檢查，如果試驗(yàn)合格，則向外界發(fā)布該制品已通過UL的安全認(rèn)定，并允許該制品標(biāo)注UL的認(rèn)定標(biāo)記。 2. 是對(duì)部件或材料的認(rèn)可服務(wù)（Recognition）。所謂部件，就是指不被單獨(dú)使用的制品，例如印刷電路板、變壓器等。部件試驗(yàn)合格時(shí)，向外界發(fā)布該制品已通過UL的安全認(rèn)定，并允許該制品標(biāo)注UL的認(rèn)定標(biāo)記。對(duì)于材料，則有些不同，是要通過判定材料的性能來劃分品級(jí)。比如塑料材料的燃燒性按照UL94的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，這相當(dāng)于認(rèn)可服務(wù)。 3. 分類服務(wù)（Classification）。除了評(píng)價(jià)是否符合UL標(biāo)準(zhǔn)以外，還評(píng)價(jià)是

37、否符合國際標(biāo)準(zhǔn)及海外標(biāo)準(zhǔn)。合格時(shí)，對(duì)外發(fā)布制品已通過認(rèn)定，并允許制品使用認(rèn)定標(biāo)記。 4. 已列名和認(rèn)可的制品或部件還將接受不定期的抽查，考核所生產(chǎn)的制品是否與UL評(píng)價(jià)時(shí)的結(jié)果相同。這種服務(wù)叫做成果追蹤服務(wù)（Follow up）。,黃卡（數(shù)據(jù)單） 所謂黃卡就是在接受上述認(rèn)可時(shí)、在UL注冊(cè)的材料或部件的數(shù)據(jù)單。這些數(shù)據(jù)匯集而成的小冊(cè)子稱做黃皮書。黃卡可以從UL或生產(chǎn)廠家郵寄索取，但現(xiàn)在可以從UL網(wǎng)頁直接查閱，可以說是非常方便。 數(shù)據(jù)檢索 UL-IQ頁面 (English) ,UL94儀器和部件用塑料材料的燃燒性測(cè)試,UL746-塑料材料的耐燃性, 熱老化性, 電氣性能等的長期評(píng)價(jià)測(cè)試規(guī)范 分: A

38、, B, C, D, E等小類 e.g: UL746E聚合材料-工業(yè)層壓板纖維纏繞管硫化纖維及印制板用材料。,(4)耐電弧(D495),是ASTM D495 固體絕緣材料高電壓, 低電流, 耐電弧( High-voltage, low-current, dry arc resistance ) 試驗(yàn)的簡稱, 系將具有12500V電壓, 逐步增加電流 (1040mA)的兩電極棒置于試樣上面, 會(huì)在兩電極棒之間產(chǎn)生電火花, 并直到電火花消失的時(shí)間. 測(cè)試試樣標(biāo)準(zhǔn)厚度為3mm. 根據(jù)耐電弧時(shí)間評(píng)定材料的性能等級(jí)( PLC, Performance Level Class),(5)比較碳跡指數(shù)(CTI

39、),是絕緣材料比較炭化痕跡指數(shù) (Comparative Tracking Index )的簡稱, 又稱耐漏電痕跡指數(shù)（CTI） 測(cè)試時(shí)將試樣置于電極棒下, 以每30秒滴下0.1% NH4Cl電解液一滴,能忍受50滴電解液后才發(fā)生炭化痕跡(燃燒或電流突然放大)時(shí)的電壓數(shù)表示.按照耐壓值從0到5進(jìn)行分級(jí)。數(shù)字越小，耐漏電性越高。 測(cè)試樣品標(biāo)準(zhǔn)厚度為3.2mm. CTI是確定PCB, 連接器以及其他電子部件漏電間距的一個(gè)重要參數(shù). 電子產(chǎn)品一般都應(yīng)表明其CTI值, 在未規(guī)定的場(chǎng)合, 對(duì)PCB, 其CTI亦應(yīng)大于175; 對(duì)其他部件, 應(yīng)大于100.,(6)高壓電弧碳跡速率指數(shù)(HVTR),HVTR

40、是High-voltage arc-tracking rate的簡稱, 系在5200V電壓下, 單位時(shí)間內(nèi)試樣在移動(dòng)電極棒下產(chǎn)生電弧炭化痕跡的距離, 試樣標(biāo)準(zhǔn)厚度為3.2mm.,(7)熱點(diǎn)火(HWI),HWI是Hot Wire Ignition 的簡稱, 系試樣受電熱絲加熱后, 直到被發(fā)熱點(diǎn)著所需要的時(shí)間.,(8) 高電流電弧點(diǎn)火(HAI),測(cè)試固體絕緣材料受電弧加熱后, 直到引燃時(shí)的所需要的電弧數(shù), 是high-current arc ignition的簡稱.,(9) 抗高壓電弧點(diǎn)火(HVAR),測(cè)試材料受高電壓, 低電流, 電弧加熱后, 直到引燃所需要的時(shí)間, 是high-voltage

41、resistance to ignition 的簡稱.,(10) PTI (保證耐漏電起痕指數(shù)),Proof tracking index的縮略語。試驗(yàn)方法本身與CTI相同。目前，對(duì)每一個(gè)耐壓值從0到5進(jìn)行分級(jí)。PTI與CTI的不同之處在于： CTI改變施加的電壓，求得材料的最大耐壓值，從而決定起痕指數(shù)。而PTI所試驗(yàn)的電壓是一個(gè)點(diǎn)，只表示該點(diǎn)是否能耐受住電壓。換言之，假設(shè)PTI為150V，則說明該材料的漏電起痕性能耐受到150V，而且實(shí)際中可能比該值還高。另一方面，由于CTI求的是最大耐壓值，不會(huì)具有大于標(biāo)注值的實(shí)力。,(11) 閃點(diǎn) (flash point),閃點(diǎn)：可燃液體能揮發(fā)變成蒸氣

42、，跑入空氣中。溫度升高，揮發(fā)加快。當(dāng)揮發(fā)的蒸氣和空氣的混合物與火源接觸能夠閃出火花時(shí)，把這種短暫的燃燒過程叫做閃燃，把發(fā)生閃燃的最低溫度叫做閃點(diǎn)。閃點(diǎn)分為開杯和閉杯兩種。 從消防觀點(diǎn)來說，液體閃點(diǎn)就是可能引起火災(zāi)的最低溫度。 閃點(diǎn)越低，引起火災(zāi)的危險(xiǎn)性越大,(12) 燃點(diǎn),燃點(diǎn)：不論是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的可燃物質(zhì)，如與空氣共同存在，當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，與火源接觸就會(huì)燃燒，移去火源后還繼續(xù)燃燒。這時(shí)，可燃物質(zhì)的最低溫度叫做燃點(diǎn)，也叫做著火點(diǎn)。 一般液體燃點(diǎn)高于閃點(diǎn)，易燃液體的燃點(diǎn)比閃點(diǎn)高15。,自燃 (self-ignition),自燃：在通常條件下，一般可燃物質(zhì)和空氣接觸都會(huì)發(fā)生緩慢的氧化過程，但速度很慢，析出的熱量也很少，同時(shí)不斷向四周