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05-23 

高分子材料性能检测

　　高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。　　天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能——较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。　　高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。　　①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。　　②纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。　　③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。　　④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。　　⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。　　⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。高分子复合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。　　⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。　　高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。　　检测项目：　　理化指标检测　　未硫化橡胶门尼粘度、未硫化橡胶硫化特性、未硫化橡胶塑性值及复原值、橡胶密度、流变性能、邵尔硬度、国际硬度、生橡胶塑性保持率（PRI）、溶胀指数等。　　热学性能检测　　玻璃化转变温度、灰分、水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、低温脆性、低温刚性、压缩耐寒系数、拉伸耐寒系数、热导率、结晶效应等。　　可靠性检测　　人工气候老化(荧光紫外灯、氙灯、碳弧灯)、耐臭氧老化试验、热氧老化试验、耐液体试验、热空气加速老化、湿热老化试验、中性盐雾试验、酸性盐雾试验等。

05-21 

耐环境应力龟裂测定的应用

　　聚合物材料的研发和生产中均需要对材料的性能进行测定，通过对材料耐环境应力龟裂性能的测定可以了解材料在制备、加工过程中反应温度、反应时间、引发剂比例、添加剂种类、混炼时间、材料形状等因素对材料耐环境性能的影响，从而可以指导研发生产出更高性能的材料。　　极性分子对固体的变形与破坏过程也有不利的影响，称为Rebinder效应。其表现有两个方面。其一是分子链较长的极性物如有机酸和酵，它可以降低材料表面的屈服点，同时使固体的表面能降低，易于在表面出现位错。其二是分子链较短的极性物，它可以渗入表面的微观裂缝中，产住一种楔入力，使裂缝扩展，这种楔入压力在裂缝壁上的尖端处可达10N/mm。Rebinder效应在形成新的表面，以及在固体尤其是在晶界上存在缺陷的条件下表现得最强。如果表面有残余压缩应力，这种效应就不会出现。　　环境应力龟裂在聚合物材料中是一种普通现象，其具有以下特点：　　①它是一种从表面开始发生破坏的物理现象，从宏观上看呈脆性破坏，但若用电子显微镜观察，则属于韧性破坏。　　②不论负载应力是单轴方式或是多轴方式，它总是在比空气中的屈服应力更低的应力下发生龟裂滞后破坏。　　③龟裂的尖端部位存在着银纹区（Crazing zone）。　　④与应力腐蚀开裂不同，材料并不发生化学变化。　　⑤与金属的Rebinder效应不同，在发生龟裂的前期状态中屈服应力不降低。　　“环境介质”包括液体、气体及固体，即材料所处的化学环境，所以材料的耐环境应力龟裂性能直接反应了材料的耐化学性的强弱。在实用中材料的环境介质主要是溶液、有机溶剂等，所以一般的耐环境应力龟裂测定法中只考虑“环境液体”。　　在各类测试方法中，均需将样片制备成标准样品，对其施加恒定的应力或恒定的应变置于特定的液体环境中（如酸、碱、盐溶液、润滑油、胶粘剂、垫圈材料、清洁剂、食品、室内装潢材料等等），并对样品的特定参数（例如银纹数量、最大银纹尺寸、破损时间、屈服强度、屈服时间、断裂时间等）进行分析，通过对比不同样品的特定参数得知其耐化学性的相对强弱。　　按照对样品施加的应力恒定或应变恒定可大致将测定方法分为恒定应变法和恒定加载法两类。　　1.恒定应变法对待测样品持续施加恒定的应变，并将其浸到试验用环境液中测定其耐环境应力龟裂性能。弯曲预应变法：将待测样条先在特定的测试夹具上弯曲至特定应变水准（通常0%、0.5%、1.0%以及1.5%应变），接着将预测试的化学药剂施加于样条的最高应变区域上。样条在特定测试时间内一直持续地暴露于应变和化学药剂下研究其耐环境应力龟裂性能。　　2.拉伸预应变法：使用能施加恒定拉伸预应变的拉伸机给样条施加恒定的拉伸应变，将预测试的化学药剂施加于样条上研究其耐环境应力龟裂性能。　　3.扭转预应变法：将带状样品在金属棒上牢固地卷缠成螺旋状，然后将其浸渍到待测液体浴测定其耐环境应力龟裂性能。　　4.恒定加载法对待测样品持续施加恒定的应力，并将其浸到试验用环境液测定其耐环境应力龟裂性能。单轴加载法：对待测样条施加单轴向的恒定力（拉伸力或挤压力），然后将其浸渍到待测液体浴测定耐环境应力龟裂性能。多轴加载法：对待测样施加多轴向的恒定力，然后将其浸渍到待测液体浴测定耐环境应力龟裂性能。

05-14 

热处理工培训 | 表面热处理分类及原理

　　表面热处理是通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。　　分类及原理　　表面淬火　　通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。为了达到只加热工件表层的目的，要求所用热源具有较高的能量密度。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火。　　化学热处理　　将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖层，以改变表层的组织和化学成分，从而使零件的表面具有特殊的机械或物理化学性能。通常在进行化学渗的前后均需采用其他合适的热处理，以便最大限度地发挥渗层的潜力，并达到工件心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等。　　接触电阻加热淬火　　通过电极将小于5伏的电压加到工件上，在电极与工件接触处流过很大的电流，并产生大量的电阻热，使工件表面加热到淬火温度，然后把电极移去，热量即传入工件内部而表面迅速冷却，即达到淬火目的。当处理长工件时，电极不断向前移动，留在后面的部分不断淬硬。这一方法的优点是设备简单，操作方便，易于自动化，工件畸变极小，不需要回火，能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力，但淬硬层较薄（0.15～0.35毫米）。显微组织和硬度均匀性较差。这种方法多用于铸铁做的机床导轨的表面淬火，应用范围不广。　　电解加热淬火　　将工件置于酸、碱或盐类水溶液的电解液中，工件接阴极，电解槽接阳极。接通直流电后电解液被电解，在阳极上放出氧，在工件上放出氢。氢围绕工件形成气膜，成为一电阻体而产生热量，将工件表面迅速加热到淬火温度，然后断电，气膜立即消失，电解液即成为淬冷介质，使工件表面迅速冷却而淬硬。常用的电解液为含5～18%碳酸钠的水溶液。电解加热方法简单，处理时间短，加热时间仅需5～10秒，生产率高，淬冷畸变小，适于小零件的大批量生产，已用于发动机排气阀杆端部的表面淬火。