材料性能参数

材料性能参数（共12篇）

材料性能参数 篇1

0 引言

机械、汽车、电机等行业大量使用轴类、杆类零件,这些零件的原材料在粗加工或热处理等过程中不可避免的会出现弯曲变形,如果不进行校直处理会直接影响工件的后序加工和使用。为了能获得下道工序所允许的最小切削量或通过精密校直保证工件达到严格的最终设计公差要求,校直机成了工件热处理后不可缺少的关键设备。自动校直是一种先进的生产制造工艺,得到被越来越广泛地应用。

为了开发我国自主知识产权的自动校直设备,国内不少学者围绕自动校直工艺理论展开了大量的研究[1]。其中,一个研究重点集中在校直工艺参数的分析和计算上[2~5]。从所建立的计算模型来看,都需要用到被校工件的材料性能参数。然而,由于工件材质及热处理等方面的原因势必会造成材料性能参数的波动,从而影响到计算的准确性。为此,本文提出一种基于神经网络的材料性能参数在线识别的方法,这样既提高了工艺参数的计算精度,又能实现自动校直机的实时智能控制。

1 校直工件的性能参数

校直过程材料性能参数识别的目的是为了获得准确的材料参数,作为校直工艺参数计算模型的输入量。对于一批工件,其性能参数的大致范围是明确的,但因材质和热处理等原因存在着性能参数的波动问题,从而导致每个工件的参数仍各有差异。对此,可采取参数识别的方法来加以解决。

校直工艺过程是弹塑性变形过程,在线识别的材料性能参数主要有弹性模量和屈服极限,若采用线性强化弹塑性材料模型则还包括线性强化系数。目前弹塑性变形过程中材料性能参数识别的特征数据都是依据其载荷-行程曲线的初始阶段数据。与板材成形不同的是,校直产生的工件弯曲程度是很有限的。板材成形的弯曲程度大,弯曲过程的载荷-行程曲线中的初始阶段数据含有能够充分地反映材料性能特征的信息,数据差别明显,易于进行参数识别[6,7]。而校直工艺过程是属于小应变的弹塑性弯曲问题,弯曲的程度小,在校直过程中又要求尽可能早地对材料性能参数进行在线实时识别以便于校直行程的预测计算。也就是说,校直过程载荷-行程曲线初始阶段的数据反映材料性能的特征信息不明显,这就为校直过程材料参数的准确识别带来了一定的困难。

2 基于神经网络的参数识别

2.1 神经网络类型的选择

鉴于BP网络应用的广泛性,开始的研究选用了BP神经网络进行校直过程材料性能参数的识别。研究发现,应用校直过程的样本数据进行训练时,BP神经网络很难达到所要求的精度。改变BP神经网络的隐层数和结点数,以及选用不同的学习规则后,训练时依然难以达到要求。

考虑到基于神经网络的校直过程材料参数识别是以载荷-挠度曲线的数据作为样本数据,类似于函数逼近的求解问题。而且,校直智能控制系统中是依据载荷-挠度曲线的初始阶段数据对材料性能参数的波动进行识别,所以要求神经网络的函数逼近能力较强。因此,在选择神经网络类型时,考虑选用径向基函数网络进行校直过程的材料性能参数识别。径向基函数(RBF)网络是以函数逼近理论为基础而构造的一类前向网络,这类网络的学习等价于在多维空间寻找训练数据的最佳拟合平面[8]。径向基函数网络与BP网络相比规模通常较大,但学习速度较快,并且网络的函数逼近能力、模式识别与分类能力都优于后者。

2.2 训练样本的确定

训练样本一般均来自于大量的实验数据,在进行相关研究时,亦可以采用数值模拟计算结果或有限元计算结果来生成训练样本数据的方法,其前提是数值模拟计算结果或有限元计算结果应有足够的准确性[7]。这样可以获得适用范围更广的输入-输出量的关系,解决实验数据获取困难的矛盾,生成更多数据,加快了研究的节奏。在本文的研究,采用了应用校直过程数学模型进行计算的方法来生成训练样本数据,这是基于校直过程数学模型的准确性和计算精度已得到验证[4~5]。

现以某45#钢轴类零件为例进行相应研究。确定的已知参数为:截面直径为25mm,支点距离为360mm。对此类零件材料的弹性模量和屈服极限进行识别。经实验分析,确定弹性模量的变化范围180~210GPa,屈服极限的变化范围为3 5 0~400MPa。计算表明,材料性能各参数在其范围内变化时的校直过程(F~δ)曲线中,弹塑性弯曲变形均在下压行程1.5mm至2.5mm的范围内开始发生,如图1所示。为此,根据校直过程特点,可将上述的行程范围等分成10个区段,即从1.5mm到2.5mm每隔0.1mm确定一个点,共11个点,可在线读取每个点的载荷值。不同参数情况下的载荷值各不相同,但11点的行程值是一样的,故只需将11个点的载荷值作为训练样本的输入矢量即可,从而使输入数据减少一半。

根据所确定的识别参数变化范围进行训练样本的设计。将弹性模量分成180 GPa、190GPa、200GPa和210GPa四种情况,将屈服极限分成350 MPa、360MPa、370 MPa、380 MPa、390 MPa和400 MPa分成六种情况,共组成24种情况。对每一种情况进行校直过程计算获得载荷-行程曲线,根据行程值从1.5mm到2.5mm每隔0.1mm共确定11个点,拾取每个点的载荷数据作为一个训练样本的输入矢量,与目标矢量(弹性模量和屈服极限)组成一个训练样本。这样,共生成24组训练样本。当需要更大量的训练样本时,可以加大两参数的划分密度。

2.3 神经网络模型结构设计与训练

采用径向基函数网络进行参数识别研究,并选用MATLAB软件的神经网络工具箱进行分析。一个典型的径向基函数网络包括两层:隐层(径向基层)和输出层,如图2所示。网络的输入维数为R,隐层神经元采用主斯函数radbas作为传递函数,输出层的传递函数为线性函数。

工具箱函数newrb可用于设计径向基函数网络。函数newrb利用迭代方法设计径向基函数网络,该方法每迭代一次就增加一个神经元,直到平方和误差下降到目标误差以下或隐层神经元个数达到最大值时迭代停止。函数newrb的调用形式为:

net=newrb(P,T,GOAL,SPREAD,MN,DF)其中,GOAL表示目标误差,MN表示最大神经元个数,DF表示迭代过程的显示频率。SPREAD是扩展常数,其值的选取决定了网络的逼近性能。

现应用函数newrb进行径向基函数网络设计,确定目标误差GOAL=0.01,最大神经元个数MN=20,迭代过程的显示频率DF=1。扩展常数SPREAD的选取对网络的性能有较大影响,需结合仿真识别比较加以优选。利用前面所设计的24组训练样本对该径向基函数网络进行训练,训练结果如图3所示。由图可知,在训练到第1 7步时网络性能达标且训练后目标误差可以达到非常小的值(4.6852e-26),说明径向基函数网络应用于校直过程材料参数识别的优越性。另外,相比BP神经网络而言,在误差指标相同的情况下,径向基函数网络还具有训练时间短、训练步数少的显著优点。

2.4 在线识别效果检验

为了检验神经网络识别的准确性,随机选取以下三种情况进行计算生成三组检验样本:

1)弹性模量E=200GPa,屈服极限σs=378.52MPa;

2)弹性模量E=190GPa,屈服极限σs=366MPa;

3)弹性模量E=195GPa,屈服极限σs=375MPa。

由经过训练的径向基函数神经网络对上述三组样本数据进行材料性能参数的仿真识别。考虑到扩展常数SPREAD的选取对网络的识别性能有较大影响,故选用不同的SPREAD取值对网络的仿真识别进行比较,以确定最佳的SPREAD取值。将SPREAD分别取值为0.1、0.2、0.25时的仿真识别结果列于表1、表2和表3中。

由上述三表的仿真识别结果表明,函数newrb所建立的径向基函数网络的识别效果良好,但仿真结果在一定程度上受到扩展常数SPREAD取值的影响。比较表明,当扩展常数SPREAD=0.2时的神经网络识别效果最好,弹性模量和屈服极限的识别误差均在1%以内。研究结果表明,应用径向基函数神经网络进行校直工艺过程材料参数识别的可行性,识别结果具有很高的准确性,也进一步证明了神经网络在线识别技术在校直过程智能控制中的成功应用,为校直工艺过程的智能实时控制提供了良好的基础支持。

3 结束语

研究表明,对于校直工艺的弹塑性变形过程,可以通过材料性能参数在线识别的方法来解决校直工艺参数计算中材料性能参数波动的难题。由于校直过程材料的弹塑性弯曲程度较小,在线识别必须在材料发生弹塑性变形的初期阶段进行,本文提出的基于径向基神经网络的识别方法具有良好的识别效果。实例分析表明,选取合适的扩展常数,可达到很高的识别精度,验证了本方法正确、实用。

摘要：全自动校直机因其校直精度好和生产效率高,得到日益广泛的应用。在校直工艺的参数计算时,校直工件材料性能参数的波动将影响计算结果的准确性。本文在分析校直工艺过程的基础上,提出基于径向基函数神经网络的性能参数在线识别方法。经实例研究表明,该方法识别精度高,可直接应用于校直工艺参数的计算,为全自动校直机的开发提供理论指导。

关键词：校直,参数识别,神经网络,径向基

参考文献

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[8]谢庆生,尹键,罗延科.机械工程中的神经网络方法[M].北京:机械工业出版社,2003.

材料性能参数 篇2

布基纤维采用双向预应力控制技术避免膜材使用中2次张拉（超级抗皱）

抗拉强度（经向/纬向）

≥6000/5700牛顿/5厘米 ≥550/500牛顿 ≥1150克/平米 ≥0.88毫米 ≥6% ≥350微米 带LOW-E镀层

抗撕裂强度（经向/纬向）总重量总厚度透光率

纤维布基顶部上部涂层厚度表面处理

质保≥15年

进口膜材原产地证明书/海关报关单（同批次）

ETFE透明膜材参数至少满足下列的技术标准： 断裂时拉伸强度撕裂强度 总重量总厚度透光率

≥50mpa

≥400N/mm

≥340克/平米 ≥0.2毫米 ≥95% ≥63% 4毫米

喷点面积喷点直径

质保≥25年

进口膜材原产地证明书/海关报关单（同批次）

钢材采用Q235B无缝钢管

PC钢棒材料成分与性能 篇3

试验

PC钢棒不同成分含量方案。

方案1：Si和Mn方案。代表钢种30MnSi、30Si2Mn、35Si2Mn

我们选择30MnSi、35Si2Mn、35Si2Cr三种材质进行热处理性能对比。淬火温度选择区间920～960℃，回火温度选择450～520℃，感应淬火加热方式，高压水冷工艺。

结果与讨论

碳在钢铁中呈化合状态和液离状态，碳含量直接影响钢的性能，高时硬度和强度增加，但其熔点塑性和延展性降低。硅在钢中是有益元素，能增加钢的抗张力、弹性、耐酸性和耐热性，耐腐蚀性，主要以硅化铁形式存在。含Si量控制在1.50～1.90%之间，Si的耐热性强，热处理后组织较细。回火温度可以提高，随着回火温度的提高，氢导致的延迟断裂的敏感度减小。当回火温度高于500度，基本不产生氢导致的延迟断裂。锰在钢中通常以固液体化合态形态存在是良好的脱氧剂和脱硫剂，能降低钢中硫所引起的热脆性，以改善钢的热加工性能，提高钢的可锻性，增加锰的含量，可提高钢的强度和硬度，但若含锰量大于0.90%，淬火时组织（晶粒）易粗化倾向。因此含Mn量控制在0.60～0.90%之间，可以改善钢的热加工性能，降低钢材加热的热滞后现象。硫在通常情况下也是有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。因此在中低碳合金钢中含硫量小于0.020%。在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，在冷拔过程会脆断，引起钢棒的延迟断裂，因此通常要求钢中含磷量小于0.015%。添加Cr、Mo、V等合金化元素，促使钢棒淬火时奥氏体化完全，组织均匀。

目前国内大多PC钢棒生产厂家选择材质30MnSi。

材料特点：生产成本低、焊接性能好，致命的缺点是抗延迟断裂能力弱。

材料缺陷：Mn含量高，淬火时，组织（晶粒）易粗化、容易产生回火二次脆性。

30Si2Mn降低了Mn的含量，消除淬火脆性，但淬透性不足，需要提高淬火温度，造成二次加工浪费。

35Si2Mn提高了碳的含量补足30Si2Mn热加工缺陷，这是国际通用做法。国际上PC钢棒大多选用此材质。

35Si2Cr进一步降低Mn含量，降低淬火时组织（晶粒）易粗化倾向，添加Cr提高热强性，细化组织，提高材质致密度。

由上表可见，选择相同的淬火温度和回火温度，材质为30MnSi的PC钢棒由于Mn含量过高等缺陷力学性能最差；材质为35Si2Mn的PC钢棒提高了C含量，补足Mn含量过高的缺陷，力学性能居中；材质为35Si2Cr的PC钢棒进一步降低了Mn的含量，添加Cr提高了热强性并细化了组织，力学性能最好，更容易满足生产要求。

提高Si的含量，不仅提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，还提高回火温度，使回火工艺达到500℃左右索氏体转变最佳温度。降低S、P的含量，减少S、P夹杂物沿奥氏体晶界的偏析。添加Cr、Mo、V等合金化元素，促使钢棒淬火时奥氏体化完全，组织均匀。在炼钢时，可以添加V、Nb等元素，细化晶粒，提高钢材强度，含量控制在0.05～0.15%。

材料性能参数 篇4

在大型直缝焊管的生产过程中, 受焊管材料的性能不均、成形设备及模具整体直线度、焊接热应力等因素的影响, 最终成形管件的直线度总是不达标!。鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 目前国内厂家多采用压力矫直的方式修正其直线度。

长期以来, 大型直缝焊管压力矫直工艺的实施多由操作者凭经验估计确定矫直行程来完成, 需反复测量和试校。近年来国内外学者对压力矫直工艺进行了研究, 其中以崔甫为代表的国内学者从弹塑性理论出发对矫直的反弯过程进行了力学分析, 建立了矫直曲率方程式, 进而计算出了最大挠度处的矫直行程[1,2]。Katoh等[3]、King等[4]阐述了依据矫直过程中载荷-挠度的关系, 通过在线测量计算弹性回弹量, 达到矫直控制的目的。在上述两种解析方法中, 无论是通过计算行程还是计算回弹量去控制矫直过程, 其前提均是需要知道焊管真实的材料性能参数。但由于焊管的材料批次、热处理、变形情况的差异, 会导致其材料性能参数的波动, 所以获取每一个待矫焊管精确的材料性能参数是实现精密矫直的必备条件。

借鉴文献[5-7]的研究, 本文利用管件在压力矫直过程中的载荷-行程曲线, 精确识别出了管件的材料性能参数。

1 小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系

管件的压力矫直过程实质是小曲率曲管的三点弯曲弹塑性变形过程, 由于待矫曲管的初始曲率分布各不相同, 故很难通过建立通用的力学模型去确定压力矫直过程中载荷-行程之间的理论关系。

本文以相同截面形状、相同材质的小曲率曲管与直管为研究对象, 使其产生等量的弯曲变形, 比较这两个成形过程中载荷-行程曲线之间的相似性关系, 寻求将直管弯曲成形过程的规律应用于曲管压力矫直过程的可能性。

1.1 相同截面特征的小曲率曲管和直管准备

对某大型直缝焊管生产企业生产线上规格不满足直线度要求的管件进行了测量, 现场如图1所示。采用美国星科 (CimCore) 公司生产的3000iTM系列便携式三坐标测量仪进行测量, 其测量精度为0.01mm。待矫大型直缝焊管材料为X70钢, 其几何参数如表1所示, 管件初始挠度分布的测量结果如图2所示。依据上述数据, 建立了待矫管件的三维几何模型, 同时建立了一根与待矫管件相同截面特征相同管长的直管件的三维模型。

mm

1.2 管件三点弯曲有限元模型的建立

依据有限元分析软件ABAQUS分别对上述曲管、直管的三点弯曲成形过程进行模拟。由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 且其边界条件和几何模型都比较简单, 故算法采用静力隐式算法。管件单元类型为C3D8I (8个节点非协调实体单元网格) , 它可以避免积分单元出现剪切闭锁现象;将管壁厚度划分为4层, 总体共包含22 400个单元。管件材料模型为弹塑性模型, 材料性能参数如图3所示, 泊松比ν=0.3。

分别建立曲管弯曲与直管弯曲的有限元模型, 如图4所示。由图4可知, 压头、两支点的几何特征与该大型直缝焊管生产企业的矫直设备相同, 且在模型里这三个部件均被设置为离散刚体, 在载荷作用下不发生变形, 其中两支点间距与实际相同固定为L=6000 mm, 对称分布在压点两侧。

1.3 数值模拟结果分析

当压头行程h=67mm时, 曲管和直管加载后管长方向变形区的应力云图见图5。由图5可知, 加载后, 虽然在宏观上曲管和直管挠曲变形情况不同, 但微观上看, 曲管应力的分布情况与直管的应力分布情况相同, 均为典型的弯曲应力分布, 即外层受拉内层受压、塑性变形在管长方向上由压点附近向两侧外延, 而在管截面方向上由管外缘向管内部深入。对比两管坯的最大应力可知, 曲管最大拉应力为629.0MPa, 直管最大拉应力为639.2MPa, 曲管与直管最大拉应力相差1.6%;曲管最大压应力为638.2MPa, 直管最大压应力为639.6MPa, 曲管与直管最大压应力相差0.2%。故由应力分布结果可知, 在小变形情况下, 小曲率曲管的压力矫直过程的应力状态与直管在三点弯曲时的应力状态等价。

曲管和直管加载过程中载荷-行程曲线见图6。由图6可知, 对应相同行程值时, 直管弯曲时的载荷值与小曲率曲管的载荷值相近, 最大相对误差不超过3%。实验结果证明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于相同截面特征、相同材质的直管的三点弯曲过程, 进而可以通过解析直管三点弯曲成形时的载荷-行程理论关系, 来代替对曲管压力矫直过程的解析。

2 识别系统建立

由小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系可知, 已建立的直管三点弯曲过程中的载荷-行程的数学表达式[8]同样适用于曲管的压力矫直过程。

由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 选用双线性硬化材料模型可以保证在弹性变形区和小塑性变形区都有较好的吻合度, 其表达式为

式中, D为塑性切线模量;σs为材料初始屈服应力。

2.1 识别模型

由文献[8]可知, 压力矫直过程中载荷-行程抽象表达式可写为

该式中 (P, h) 的一组数据作为在线监测量已知的情况下, 在线识别问题就被具体化为下述问题:即在式 (1) 中确定一组合适的参数E、D、σs, 使得由式 (2) 计算得到的P-h曲线与通过在线监测所获得的载荷-行程曲线吻合得最好。数学中处理此类问题的最好方法是最小二乘法曲线拟合。因为在式 (2) 中E、D和σs是非线性的, 所以, 此处智能化压力矫直系统的在线识别问题是一个非线性函数的最小二乘曲线拟合问题。因此, 在线识别材料性能参数的数学问题可进一步描述为:

已知一组实测数据 (Pi, hi) (i=1, 2, …, n) , 要求确定式 (1) 中的非线性参数

使得下述目标函数的值为最小:

计算数学中求解上述问题的计算方法很多。通过对多种算法的分析及笔者以往的经验, 利用载荷-行程曲线解析式求关于材料性能参数的梯度函数是比较困难的。因此, 本文采用直接法中的坐标轮换法作为在线识别的算法。坐标轮换过程中, 一维搜索采用黄金分割法[7]。

2.2 识别系统

根据上述识别模型, 开发出一套“压力矫直过程中材料性能参数的在线识别系统”, 该系统可以依据载荷-行程数据在线识别出不同矫直参数下不同几何尺寸管件的材料性能参数。图7为依据图5中曲管压力矫直时的实测数据 (Pi, hi) (n=59) 对曲管材料性能参数进行识别时系统的主界面。由于识别模型的建立是基于最小二乘原理, 所以可以发现图中的拟合曲线与实验数据吻合程度较高。识别结果中, E=200.06 GPa、σs=500.2MPa, 与材料的真实弹性模量和屈服极限相比相差不到0.05%, 具有较高的识别精度。

图8为依据识别参数绘出的双线性硬化模型对应的应力-应变曲线与曲管的真实应力-应变曲线的对比。由图8可知, 当ε∈[0, 0.055]时, 识别结果与真实材料性能参数吻合程度很高;而当ε∈[0.055, 0.16]时, 随着ε的增大, 识别结果与真实数据就相差越大。这是由于在上述曲管压力矫直成形过程中最大应力为638.2MPa, 最大应变为0.055, 相应其载荷-行程数据中只包含了ε∈[0, 0.055]时的应力应变特征值。识别参数在ε∈[0, 0.055]区域内与真实应力应变数据的误差不足1%, 而该区域的应力-应变数据的准确识别恰恰将会直接影响到矫直结果。识别结果证明了识别系统的可行性和可靠性, 可为后续精密矫直提供理论依据。

3 识别系统在压力矫直实验中的应用

3.1 小管坯材料性能参数的在线识别

在实验室条件下, 对未知材料性能参数的初始最大挠曲为9.47mm的圆管坯进行在线识别, 其中圆管坯的几何尺寸如表2所示。采用WDD-LCT-150型电子拉扭组合多功能试验机作为矫直设备, 可在线记录载荷-行程数据, 其行程控制精度可达到0.01mm。实验模具如图9所示, 其中两下模支点间距为600mm。将曲管进行压力矫直实验, 在线识别其材料性能参数, 实验结果如图10所示。由图10可以发现, 识别系统的拟合曲线与实验数据十分接近。

mm

3.2 识别系统的试验验证

通过实测小尺寸管坯的材料性能参数来验证识别系统的识别结果。小尺寸管坯的材料性能通过单向拉伸试验获得, 拉伸试样通过纵向切取管壁制备, 拉伸试验结果与识别结果的对比如图11所示。由图可知, 在小弹塑性变形范围内, 识别结果与真实材料性能数据吻合程度较高, 最大误差不足1%。试验结果表明, 在工程应用范围内, 该识别系统具有较高的可靠性和准确性, 可以满足工程需求。

4 结论

(1) 采用有限元方法对小曲率曲管的压力矫直过程和直管的三点弯曲过程进行了仿真, 仿真结果表明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于同截面、同材质的直管三点弯曲过程。该等价关系为后续对压力矫直过程的研究提供了便捷途径。

(2) 基于直管三点弯曲数学模型建立了在线获取管件材料性能参数的识别模型, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、压力矫直过程中实测载荷-行程数据, 即可获取管件的材料性能参数。

(3) 大管的仿真实验与小管坯的物理试验均证明了识别系统的可靠性与可行性, 识别误差不足1%, 这为智能化矫直、自动化矫直提供了理论基础。

摘要：鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 多采用压力矫直的方式修正其直线度。受材料批次、热处理、变形情况等因素的影响, 焊管的性能参数会有较大波动, 准确地识别出管件的材料性能参数是提高矫直精度的一个重要条件。采用有限元方法验证了相同截面形状、相同材质的小曲率曲管在压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系;依据直管三点弯曲过程的理论模型建立了在线识别材料性能参数的识别系统, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、载荷-行程实验数据, 即可获取管件的真实材料性能参数。大型管件的有限元仿真结果和小尺寸管坯的试验结果均验证了识别系统的可行性、可靠性。

关键词：管件,材料性能参数,压力矫直,在线识别

参考文献

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材料性能(PA66 篇5

PA66塑胶原料为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物，具有可塑性。密度1．15g/cm3。熔点252℃。脆化温度-30℃。热分解温度大于350℃。连续耐热80-120℃,平衡吸水率2．5%。能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀，但易容于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性，机械强度较高。但吸水性较大，因而尺寸稳定性较差

美国杜邦公司在亚洲地区销售原料外包装图

A系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高PA66是P,故其刚性、耐热性都较高。聚酰胺树脂，英文名称为polyamide，简称PA。俗称尼龙(Nylon)，它是大分子主链重复单元中含有

酰胺基团的高聚物的总称。为五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种。尼龙中的主要品种

是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位，尼龙6为聚己内酰胺，而尼龙66为聚己二酸己二胺，尼龙66

比尼龙6要硬l2%；其次是尼龙11，尼龙12，尼龙610，尼龙612，另外还有尼龙1010、尼龙

46、尼

龙

7、尼龙

9、尼龙13，新品种有尼龙6I、尼龙9T和特殊尼龙MXD6（阻隔性树脂）等，尼龙的改性品种

数量繁多，如增强尼龙、单体浇铸尼龙（MC尼龙）、反应注射成型(RIM)尼龙、芳香族尼龙、透明尼龙、高抗冲（超韧）尼龙、电镀尼龙、导电尼龙、阻燃尼龙，尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特

殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品[1]。

特性

尼龙作为大用量的工程塑料，广泛用于机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。

成为各行业中不可缺少的结构材料，其主要特点如下：

1．优良的力学性能。尼龙的机械强度高，韧性好。

2．自润性、耐摩擦性好。尼龙具有很好酌自润性，摩擦系数小，从而，作为传动部件其使用寿命长。

3.优良的耐热性。如尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高，可在150℃下长期期使用..。PA66经过

玻璃纤维增强以后，其热变形温度达到250℃以上。

4.优异的电绝缘性能。尼龙的体积电阻很高，耐击穿电压高，是优良的电气、电器绝缘材料

5.优良的耐气候性。

6.吸水性。尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性[1] 特性编辑

PA66在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料。PA66在较高温度也能保持较强的强度和刚度。PA66在成型后仍然具有吸湿性，其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。

为了提高PA66的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。PA66的粘性较低，因此流动性很好（但不如PA6）。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。PA66的收缩率在1%~2%之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%~1%。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。A66 Zytel 塑胶原料性能特点? PA66是PA系列中机械强度最高、应用最广的品种,因其结晶度高,故其刚性、耐热性都较高超声波可焊接低分子量经润滑可加工性良好良好的成型性能良好的电气性能流动性高耐化学性良好耐磨损性良好耐疲劳性能耐油性能耐油脂性能生产阶段快脱模性能良好等;用途? 汽车领域的应用电气/电子应用领域家电部件连接器;PA66能耐酸、碱、大多数无机盐水溶液、卤代烷、烃类、酯类、酮类等腐蚀?但易溶于苯酚、甲酸等极性溶剂。具有优良的耐磨性、自润滑性?机械强度较高。但吸水性较大?因而标准稳定性较差。广泛用于制造机械、汽车、化学与电气设备的零件?如齿轮、滚子、滑轮、辊轴、泵体中叶轮、电扇叶片、高压密封围、阀座、垫片、衬套、各种把手、支撑架、电线包层等RoHS 合规性 外观?自然色 形状?颗粒料?性状?半透明或不透明乳白色结晶形聚合物?具有可塑性。添加剂?脱模剂 润滑剂 加工方法?注射成型?熔化温度?260~290℃。对玻璃添加剂的产品为275~280℃。熔化温度应避免高于300℃。注塑压力?通常在750~1250bar?取决于材料和产品设计。密度?PA66密度1.15g?cm3。熔点252℃。脆化温度-30℃。热分化温度大于350℃。接连耐热80-120℃,平衡吸水率2?5?。;收缩率 流动: 3.20 mm 横向流量: 2.00 mm 流量: 2.00 mm 吸水率23°C, 24 hr拉伸模量(23°C)3100 1400抗张强度 屈服, 23°C屈服, 23°C 8.30 23°C 8.20 55.0伸长率8.30 64.0屈服, 23°C 4.0 % 屈服, 23°C 4.5 25 % 断裂, 23°C 50 >300 % 断裂, 23°C 40 >100 % 断张率(23°C)20 >100 % 拉伸蠕变模量 1 hr 1400 1000 hr 930 PA66弯曲模量-40°C 3200 MPa?23°C 2800 1210 Mpa ?77°C 700?121°C 500?23°C 2800 1200 MPa 介电常数?23°C, 100 Hz 4.10?23°C, 1 kHz 4.00?23°C, 1 MHz 3.70 ?23°C, 100 Hz 3.80?23°C, 1 kHz 3.90 23°C, 1 MHz 3.60[2]

应用编辑

高温电气插座零件、电气零件、齿轮、轴承、滚子、弹簧支架、滑轮、螺栓、叶轮、风扇叶片、螺旋桨、高压封口垫片、阀座、输油管、储油容器、绳索、扎带、传动皮带、砂轮粘合剂、电池箱、绝缘电气零件、线芯、抽丝等

型号用途编辑

PA66美国首诺21SPC高刚性 耐化学性

PA66美国首诺R513H R533H玻纤增强，高强度，特殊热稳定，耐水解。通过FDA、UL认证。通过GM、Ford、Chryster、Delphi、Valeo等汽车认证，适用于汽车零部件。机械部件等。

PA66德国巴斯夫A3X2G5 A3X2G7玻纤增强，红磷阻燃剂长期稳定性，具有优异的机械性能。PA66塑胶原料德国巴斯夫A3EG6 A3HG5 A3EG7 A3WG6玻纤增强用于需要高刚性和尺寸稳定性的机械部件护罩。

PA66德国巴斯夫C3U高韧性 无卤素和磷阻燃级。

PA66德国巴斯夫A3K高流动性,用于高应力工程制件如轴承，齿轮及连接器，插座。

PA66美国杜邦101F特殊级适合耐热性好的制品。

PA66塑胶原料美国杜邦101L高强度注塑级 改进机器进料和脱模特性。

PA66美国杜邦408HS注塑级良好的耐热稳定性。

PA66美国杜邦408L特殊级 适合超高抗冲击性的工程制品。

PA66塑胶原料美国杜邦42A有色，高粘绸性，分子量分布密，可焊接于超声波。

PA66美国杜邦70G13L 70G13HS1L玻纤增强13%高强度。

PA66美国杜邦70G33L 70G33HS1L高强度 玻纤增强33%。

PA66塑胶原料美国杜邦70G43L 高强度43%玻纤增强。

PA66美国杜邦80G33HS1-L超高抗冲击性 玻纤增强33% 超高强度。

PA66塑胶原料美国杜邦FR10 FR15 FR50 FR60玻纤增强无卤阻燃级UL94 V-0等级

PA66美国杜邦ST801特殊级 超强韧性 杰出的耐冲击性。

PA66塑胶原料日本东丽CM3001G-30一般用途 玻纤增强30%。

PA66日本东丽CM3001-N CM3006标准级尼龙-66未强化。

PA66日本东丽CM3004G-30玻纤增强30%含卤阻燃级。

PA66日本东丽CM3004-V0尼龙66未强化，无卤阻燃级。

PA66塑胶原料日本旭化成1300G高强度 高刚性 玻纤增强33%。

PA66日本旭化成1300S平衡的流动性和机械性能。

PA66日本旭化成1402S具有良好的抗热老化性能。

PA66日本旭化成FR200 FR370阻燃级UL94 V-0；不含卤素和磷。POM：即聚甲醛聚甲醛学名聚氧化聚甲醛（简称POM）又称赛钢、特钢聚合所得程塑料特性

1、POM具有低摩擦系数和好几何稳定性甲醛等原料POM-H（聚甲醛均聚物）POM-K（聚甲醛共聚物）高密度、高结晶度具有良好物理、机械和化学性能尤其有优异耐摩擦性能 热塑性工特别适合于制作齿轮和轴承草坪设备等

2、POM具有耐高温特性

3、POM性种坚韧有弹性因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体）材料即使低温下仍有好抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特

4、POM高结晶程度导致

料有同收缩率有相当高收缩率高达2%~3.5%对于各种同增强型材

5、POM属结晶性塑料熔点明显

比重1.43 熔点175°C 旦达熔点熔体粘度迅速下降 伸强度（屈服）70MPa 伸长率（屈服）15%（断裂）15%冲击强度（无缺口）108KJ/m2

铝合金材料焊接性能的分析 篇6

【关键词】铝合金；焊接特性；主要问题

一、铝合金材料种类性能及其用途

（1）工业纯铝。工业纯铝指的是纯度达到99.0%～99.9%铝材料，及机械强度相比于铝合金来说要低很多，但是其导电性及导热性以及加工性能要高很多，因此，在一些导电材料及化工设备等场合下，工业纯铝有着广泛的用途。（2）Al-Cu系合金。铜铝合金时铝合金中最为常见的一种铝合金，其内部材料除了铜之外，还含有少量的Mn、Mg等材料，这种铝合金在工业上用途十分广泛，归功于其超高的强度，但是，这种材料的可焊接性较差，且抗腐蚀性也很难达到工业的要求，因此，一般铆接结构件多采用这种材料。（3）Al-Mn系合金。Al-Mn系合金是一种采用不同的冷作硬化方法获得的材料，是一种非热处理强化合金。其中Mn的含量大概只有1.5%，其强度比纯铝高，但其导电性及看腐蚀性等特性也不比纯铝差很多，因此，这种铝合金在工业上也是极为常见的一种材料。（4）Al-Si系合金。这种铝合金的熔点一般会随着Si的含量增加而下降。此种铝合金的结晶温度范围很宽其其熔点较低，因此其焊接性及铸造性很好，一般的铸造材料及焊条多采用这种铝合金。这种不易产生热裂纹而作为可热处理强化合金的重要填加材料使用。（5）Al-Mg系合金。合金中Mg含量的不同，其拉伸强度也有很大的差别，一般情况下，这种材料多用作为焊接材料的结构件。

二、铝合金材料的焊接特性分析

（1）热胀冷缩。铝的膨胀系数比一般的金属要高很多，是铜的两倍之多，同时铝材料的收缩性最高能达到百分之七十五，铝合金的主要成分是铝，因此，铝合金的热胀冷缩性能也比一般的金属材料要强很多。在铝合金的焊接过程中，其发生焊接变形是十分常见的，而结晶是铝合金材料还常常发生裂纹现象。（2）热容量及融化温度。铝合金的热容量要比一般的金属材料高很多，想要将其融化需要更多的热量。铝合金的融化温度因其纯铝的含量不同而不同，纯铝的熔点大概在600是摄氏度左右，一般的铝合金的熔点便在600度上下，但不管何种类型的铝合金，其熔点都要比铜的要低很多，所以，易融化时铝合金材料以的一大特性。所以，铝合金材料具有低熔点及高热容量的特性。在焊接工艺上对这两个特性要充分掌握才能生产出达到要求的材质。（3）与氧气易反应。铝的化学性中有极易氧化的特点，铝合金也具有这种特点，铝合金与氧气化合生成一种氧化膜，其粘附能力极强，其耐高温，严重影响到铝合金的焊接性能，所以，在铝合金材料的焊接前期必须要对这层氧化膜进行去除处理，如此，才能保证铝合金的正常焊接。（4）焊接热量使局部性能改变。焊接铝合金需要更多的热量，但是过多的热量将会是某些部位的机械性能发生改变，且热量越多，其影响程度越深，因此，在焊接件的焊缝部分的机械性能往往与其他部位有所不同，在产品设计时要特别注重这一部位的设计。

三、铝合金材料焊接的主要问题

在铝合金材料的焊接过程中常出现的问题主要有以下几种：（1）焊缝出现裂纹。出现裂纹是铝合金材料焊接最常见的缺陷之一，铝合金的结晶温度越宽其出现焊接裂纹的概率越大，有研究表明，铝合金的含铁量在6%以下很难出现裂纹。所以，焊接裂纹的控制很大程度上要取决于材料的选取。造成焊接裂纹产生的原因主要是合金成分的不同，因为纯铝的膨胀系数较大，这位铝合金在焊接过程中出现裂纹提供了条件。（2）焊接结晶组织的出现。焊接结晶组织的出现是铝合金焊接过程中又一常见问题，焊缝金属是激冷的结晶组织，因此会伴随着不平衡结晶而产生偏析。枝状晶轴间距愈小，偏析率愈小。反之，枝状晶轴间距愈大，偏析率亦愈大。靠近熔合线区的结晶组织是细网状组织，随着向焊道中心的接近而逐渐变成网状枝晶组织，并通过新晶核的形成进一步向着形成等轴枝晶的方向变化。（3）气孔的产生。气孔出现是各种焊接材料焊接过程中都会出现的问题，铝合金也不例外，气孔的产生机理十分复杂，其直接根源是氢气，因为铝合金材料在高温时溶解了大量的氢气，等焊接过程完毕，温度降低，氢气的溶解度下降，氢气上浮造成气孔的产生。（4）未焊透或未熔合。未焊透的原因多半是由焊接电流过低引起的，未融合产生的原因主要是在焊接过程中，铝合金母材还没有真正融化或者其表面的氧化膜没有清除干净而引起的。除了以上四种外，铝合金的焊接问题还有多种，如合金材料的丢失等，这些问题都严重影响到了焊接之后的铝合金的物理及化学性能，对生产出来的产品质量大打折扣。

参考文献

[1]王希靖，片山大圣，松绳朗.不同铝合金在激光焊接时的熔化和蒸发特性[J].焊接学报.1995，3（16）：29～35

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2卷）材料的焊接[M].北京：机械工业出版社，1993：521～529

材料局部性能检测系统 篇7

在现代化工业生产中,很多新型材料应用到各个领域中。在使用新材料之前,需要对新的材料的性能进行检测,以了解新材料的特点和性质[1]。常规的方法有拉伸法和压力法,这两种方法的特点就是从待测材料上取一块待测样本,然后通过拉伸样本和给样本材料施压,获得材料的关键数据,比如拉伸屈服应力和最大应力等数据,以确定材料的性质。目前,已有一些基于上述两种方法用来研究材料局部强度的方法。A Nayebi等使用球状压痕技术,根据实验确定载荷与压痕位移曲线,来确定钢材的屈服应力和加工硬化指数[2,3]。类似的材料局部强度测定方法还有平面压头的硬度实验。D.A.LaVan从材料上切取袖珍试样,用拉伸实验测定材料的局部拉伸性能[4]。但是这两种方法的缺点就是需要在待测材料上预先取下一小块样本,这样本身就是对材料的破坏,而如果是用新的材料制作的部件或者工件的话,那么取下的部分会对工件本身的性能造成很大的损害[5,6]。所以,需要一种既可以测试材料的性能,又对材料的本身的破坏降到最小的办法。基于传统检测方法的上述不足,设计了本套检测系统。

1实验方法

检测系统是在双孔微剪切法的基础上[7],结合传感器和数据采集系统组成的。系统的结构图如图1所示。包括施力杆、载荷传感器、位移传感器、凸轮轴、电动机等主要部分构成。通过电动机带动凸轮轴,对施力杆施加载荷。载荷利用杠杆原理,把载荷施加在载荷传感器上,通过载荷传感器送入处理器处理和保存。同时带动刀头,对小孔桥施加载荷。刀头部分连接着位移传感器,通过位移传感器,采集到位移的变化量,送入处理器中处理和保存。

整套系统是以MSP430 F149单片机作为数据采集和处理的核心。系统的原理结构图如图2所示。

实验开始,通过F149的D/A端,向电动机输出一个线性增加的驱动电压信号,使电动机以恒定的速度变化率增加载荷,直到增加到电机的工作电压2 V,保持恒定电压输出。同时,分别与载荷传感器和位移传感器的信号输出端相连接的F149输入端A/D1和A/D2,获得来自于载荷传感器和位移传感器的电压信号,电压信号为0-5 V的直流电压。把所采集到的电压信号分别送入F149处理单元进行采集和保存,得到被测材料的检测数据和位移—时间曲线。本套采集系统的优势在于,在实验的过程中,可以实时地通过LCD液晶看到采集到的载荷(kg)和位移(mm)的实验数据,实现在现场对材料性能数据的获得与分析。所得到的数据和曲线,还可以通过串行口上传到PC机。使用专门的上位机软件,实现数据的上传,通过上位机软件对所获得的材料数据的深入分析,从而达到现场数据与软件图像分析相结合的优势,使操作人员可以方便地在工作现场进行材料性能的检测。

系统的流程图如图3所示。

把采集到的电压数据,通过换算公式,换算成相应载荷和位移值

Vx/Vmax=Px/Pmax, (1)

Vy /V′max = Lx /Lmax, (2)

式中Vx是载荷传感器电压测量值;Vmax是载荷传感器输出电压额定值,这里Vmax=5V;

Px是换算得到的应力;Pmax是载荷传感器的最大量程,这里Pmax=100 kg;. Vy是位移传感器电压测量值;V′max 是位移传感器输出电压额定值,这里V′max =5 V; Lx是换算得到的位移;Lmax是位移传感器的最大量程,这里Lmax=1 mm。

将所得数据代入式(1)和式(2) 进行计算,确定材料的性能。

2 实验结果

分别以所得到的载荷值为横坐标,位移值为纵坐标绘制出载荷—位移曲线,如图4所示。

分别对紫铜和6063铝合金,在室温下进行了3次的重复试验,测定了它们的屈服剪应力和最大剪应力。表1中分别给出了其测量结果及其均方根误差。可以看出,两种材料重复试验的均方根误差均小于4.7%。

取双孔微剪切试验的2种材料,每种材料分别在室温下做拉伸试验3次,以确定材料的屈服强度和抗拉强度。如表2所示。

图4是双孔微剪切试验的位移—时间曲线,图5是拉伸试验的名义应力—应变曲线。

两者都有明显的屈服点和最大载荷点。在屈服点处,双孔微剪切试验的屈服剪应力和拉伸试验的屈服强度存在着一定的关系。我们利用表2和表3的数据,在图6中,将每种材料各自的屈服剪应力和屈服强度的平均值图示在一起,横坐标为屈服剪应力,纵坐标为屈服强度。发现二种材料的试验数据处在同一条直线上,其直线斜率为2。也就是说,拉伸屈服应力是屈服剪应力的2倍。对于单轴拉伸试样,最大正应力发生在与载荷方向垂直的横截面上,而最大剪应力发生在与载荷方向成45°的斜截面上,且最大正应力在数值上约为最大剪应力的两倍。在双孔剪切试验中,最大剪应力正好处于与载荷方向平行的剪切面上.可见,在这两种试验方法中,材料发生屈服时的最大剪应力是相同。这说明在试验方法和数据的采集上,本套方案是完全可以反映材料自身的真实性质的。

3 结论

通过横向对比试验数据,可以看出,本采集系统和传统的拉伸机相比,在材料性能数据的采集上,是完全相同的。然而相比于体积庞大、能耗巨大的拉伸机,采用低功耗的MSP430单片机具有体积小,重量轻的优势。而且,可以随时更换工作场所,通过上传到PC机的数据,进行数据和曲线的分析。对于工作现场的适应性是目前任何传统方法无法达到的。

摘要：采用双孔微剪切法、传感器和MSP430F149单片机,快速方便地获得材料的屈服剪应力、最大剪应力的数据;并分析了材料局部强度的数据,其屈服应力平均值的分布趋势与硬度值基本相似。相比传统的材料检测方法,这种微创、简便、适用范围广的检测系统是材料性能检测研究的一种创新。在数据的处理方面,提出一种新的位移—时间曲线分析方法,较以往传统的分析方法更为准确、便捷。

关键词：双孔微剪切法,数据采集,微创,屈服剪应力,最大剪应力,位移-时间方法

参考文献

[1]Umekuni A,Masubuchi K.Usefulness of undermatched welds for highstrength steels.Welding Journal,1997;76(7):256—263

[2]Naybi A,Abdi R E,Bartier O,et al.Newprocedure to determine steel mechanical parameters from the spherical indentation tech-nique.Mechanics of Material,2002;34:243—254

[3]Zhang X P,Dorm L.Estimation of the local mechanical properties of pipeline steels and welded joints by use of the microshear test meth-od.Pres Vess,1998;75:37—42

[4]LAVAN D A.Miscrotensile properties of weld metal.Experiental Techniques,1999;23(3):30—34

[5]Kim Y J,Schwalbe K H.Mismatch effect on plastic yield loads in ide-alized weldments:II.Heat affected zone cracks.Engineering Fracture Mechanics,2001;68:183—199

[6]Scibetta M,Chaouadir,L E,van.Walle Eet al.Instructmented hard-ness testing using a flat punch.Int J Press Vess,2003;80:435—349

[7]朱亮,侯艳荣.双孔微剪切法测定材料的局部强度.兰州理工大学学报,2006;32(3):25—28

[8]朱自勤.传感器与检测技术:北京:机械工业出版社,2005

[9]朱亮,陈剑虹.细晶粒钢热影响区软化焊接接头的力学性能.甘肃工业大学学报,2003;29(4):19—22

防水材料性能及用途 篇8

目前, 防水材料的品种繁多, 按其组成可分为无机防水材料、有机防水材料及金属防水材料等, 建筑工程中用量最大的为有机防水材料, 其次为无机防水材料, 金属防水材料 (如镀锌铁皮等) 的使用量很小;按其特性又可分为柔性防水材料和刚性防水材料, 刚性防水材料主要是指防水混凝土和防水砂浆, 柔性防水材料主要是指防水卷材、防水涂料、防水油膏;按其材料组成可分为防水卷材、防水涂料和建筑密封材料3大类, 防水卷材又分为普通沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材, 防水涂料主要有乳液型、溶剂型、反应型、水泥类--聚合物型。随着科技的进步和人民生活水平的日益提高, 防水材料品种不断增多、性能不断增强, 既有传统的沥青防水材料 (如油毡) , 也有日新月异的改性沥青防水材料 (如SBS改性沥青防水卷材) 和合成高分子防水材料 (如PVC防水卷材) 。纵观国内外防水材料的发展趋势, 呈现出由多层防水向单层防水发展, 由单一防水材料向复合型多功能防水材料发展, 施工手段由热熔法向冷粘贴法或自粘贴法发展。

2 防水卷材的定义及分类

防水卷材是建筑防水材料重要品种, 它是具有一定宽度和厚度, 并可卷曲的片状定型防水材料。目前防水卷材有普通沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材等3大系列 (表1) 。如果说普通沥青防水卷材代表传统卷材的话, 那么后2个系列卷材可以说是代表新生代卷材, 性能较普通沥青防水材料更优异, 是防水卷材的发展方向。防水卷材必须具备耐水性、温度稳定性、机械强度、延伸性和抗断裂性、柔韧性和大气稳定性这几个满足建筑防水要求的基本性能 (表2) 。

对于屋面防水工程, 根据《屋面工程技术规范》 (GB 50207-1994) 的规定, 沥青防水卷材仅适应于屋面防水等级为Ⅲ级 (一般的工业与民用建筑, 防水耐用年限为10年以上) 和Ⅳ级 (非永久性的建筑, 防水耐用年限为5年以上) 的屋面防水工程, 对于防水等级为Ⅲ级的屋面, 应选用三毡四油沥青卷材防水;对于防水等级为Ⅳ级的屋面, 可选用二毡三油沥青卷材防水。

为了克服纸胎的抗拉能力低、易腐烂、耐久性差的缺点, 通过改进胎体材料来改善沥青防水卷材的性能, 已经开发出玻璃布沥青油毡, 玻纤沥青油毡, 黄麻织物沥青油毡、铝箔胎沥青油毡等系列防水卷材。沥青防水卷材施工方法有热 (冷) 玛蹄脂粘贴施工, 通常采用叠层铺设、热粘贴施工。

随着科技的进步, 淘汰落后生产能力、工艺和产品势在必行, 国家已经出台了有关卷材的规定:石油沥青纸胎油毡自2001年7月4日起不得用于防水等级为I、Ⅱ级的建筑屋面及各类地下防水工程;沥青复合胎柔性防水卷材自2002年4月起限制在工业与民用建筑I、Ⅱ、Ⅲ级防水工程中使用;聚乙烯膜层厚度在0.5mm以-F的聚乙烯丙纶等复合防水卷材, 自2004年7月1日起限制用于房屋建筑的屋面工程和地下防水工程。除上述限制外, 凡在屋面工程和地下防水工程设计中选用聚乙烯丙纶等复合防水卷材时, 必须是采用一次成型工艺生产且聚乙烯膜层厚度在0.5mm以上 (含

0.5mm) 的, 并应满足屋面工程和地下防水工程技术规范的要求。

3 沥青防水卷材

石油沥青纸胎油毡、PVC改性煤沥青布胎柔性砂面防水卷材采用二次加热复合成型工艺生产的聚乙烯丙纶等复合防水卷材、S型聚氯乙烯防水卷材已经属于逐步淘汰类。

3.1 沥青防水卷材。

沥青防水卷材采用原纸、纤维织物、纤维毡等胎体浸涂沥青, 表面撒布粉状、粒状或片状材料的工艺而制成的。常用品种有石油沥青纸胎油毡、石油沥青玻璃布油毡、石油沥青玻纤胎油毡, 石油沥青麻布胎油毡等。

石油沥青纸胎油毡是用低软化点的石油沥青浸渍原纸 (生产油毡的专用纸, 主要成分为棉纤维, 另外加入20%~30%的废纸) , 然后用高软化点的石油沥青涂盖油纸的两面, 再涂撒隔离材料制成的一种防水材料。涂撒粉状材料 (滑石粉) 称粉毡, 涂撒片状材料 (云母片) 称片毡。

按《石油沥青纸胎油毡, 油纸》 (CB 326-1989) 的规定:油毡幅宽915mm和1000mm, 按原纸1m2的质量克数分为200、350和500 3种标号, 按物理性能分为合格晶、一等品和优等品3个等级, 其中200号油毡适用于简易临时性防水、防潮和包装, 而350号和500号油毡适用于多层建筑防水。

3.2 高聚物改性沥青防水卷材。高聚物改

性沥青防水卷材是采用合成高分子聚合物改性沥青为涂盖层, 纤维织物或纤维毡为胎体, 粉状、粒状、片状或薄膜材料为覆面材料制成的可卷曲片状防水材料。

在沥青中添加适量的高聚物, 可以改善沥青防水卷材温度稳定性差和延伸率小的不足, 具有高温不流淌、低温不脆裂、拉伸强度高、延伸率较大等优异性能, 且价格适中, 在我国属中档防水卷材。按改性高聚物的种类, 可分为弹性SBS改性沥青防水卷材、塑性APP改性沥青防水卷材、聚氯乙烯改性焦油沥青防水卷材、三元乙丙改性沥青防水卷材、再生胶改性沥青防水卷材等, 按油毡使用的胎体品种, 又可分为玻纤胎, 聚乙烯膜胎、聚酯胎、黄麻布胎、复合胎等品种。此类防水卷材按厚度可分为2mm、3mm、4mm、5mm规格, 一般单层铺设, 也可复合使用, 根据不同卷材可采用热熔法、冷粘法, 自粘法施工。

3.3 合成高分子防水卷材。

材料性能参数 篇9

随着社会发展,关节疾病以及骨损伤事件大幅攀升,临床上对于骨科内植入材料的需求日益增长。骨水泥被用作固定骨科内植入物,并且可以显影、跟踪病人术后康复进程,是临床上不可或缺的一种重要骨科材料。目前广泛使用的骨水泥材料是基于丙烯酸酯高分子树脂和无机显影剂(硫酸钡,二氧化锆等)的复合材料。由于微米级无机显影剂材料和高分子树脂基体之间相容相差,易发生相分离,产生应力集中,降低骨水泥力学性能、影响使用效果,缩短使用寿命。

针对这一核心问题,宁波材料所生物医用高分子团队提出将表面改性和纳米粒子原位合成相结合的思想,通过采用双官能团小分子表面修饰剂,调控硫酸钡纳米粒子形貌,改善硫酸钡纳米粒子和高分子基质相容性,提高其和树脂基体的结合力。在此基础上,结合过硫酸根离子原位分解过程,实现表面改性硫酸钡粒子可控原位合成。

研究发现,通过系统改变表面修饰剂的种类、含量、以及过硫酸根原位分解过程,可以系统调控表面改性硫酸钡纳米粒子的形貌。所制备骨水泥具有优异的力学性能。与常用骨水泥材料相比,压缩强度从70MPa提高到120MPa,弯曲模量从1800MPa提高到2500MPa,其它性能指标也满足相关标准要求。X光成像实验证明其具有优秀的显影性能。细胞相容性研究则表明其细胞相容性良好,在一定条件下甚至能促进细胞黏附。

固体浮力材料及其性能研究现状 篇10

固体浮力材料是一种以胶黏剂为基体、气体空穴为浮力调节介质的复合材料。按照气体空穴来源的不同,固体浮力材料可以分为3大类:化学发泡浮力材料、空心微球浮力材料(也被称为两相复合泡沫材料)和复合轻质浮力材料(三相复合泡沫材料)。其中复合轻质浮力材料的气体空穴除了由空心微球(大多为空心玻璃微珠)提供,还来自低密度填料,如中空塑料球或大径玻璃球等。目前,空心玻璃微珠浮力材料是国内外报道最多的一类固体浮力材料,已成功地应用于深海载人潜水器的制备当中。

轻质高强的固体浮力材料作为现代深潜技术的重要组成部分之一[1,2],其先进的制备技术目前主要为美国、俄罗斯等国所掌握,其密度一般在0.4～0.6g/cm3,耐压强度则在40～100MPa。虽然我国在该领域已开展了多年的相关研究,但是在深潜用固体浮力材料性能方面仍落后于国外先进水平。

1 国内外固体浮力材料研究进展

1.1 国外固体浮力材料研究进展

美、日、俄等国家从20世纪60年代末开始研制高强度固体浮力材料,以用于深海海底的开发事业。美国海军应用科学研究实验室研制的浮力材料,密度为0.35g/cm3时,抗压强度为5.5MPa。美国洛克希德导弹空间公司研制的深潜用SPD(Submersible deep quest)级浮力材料,密度为0.45～0.48g/cm3,压缩强度为25MPa,可潜水深2430m[3]。美国艾默生和康明复合材料公司(简称ECCM)最近开发了TG型和DS型两种新型的两相复合泡沫材料。TG型材料密度为0.38～0.45g/cm3,可在0～4000m水深区域使用;DS型密度在0.5～0.56g/cm3,最大使用深度超过11000m。其中TG型材料由于密度小,具有更好的耐压性及安全性,正逐渐取代三相复合泡沫材料在0～4000m水深的应用。虽然TG型和DS型浮力材料属ECCM公司的核心技术,无法查询到其相关制备方法,但作为空心玻璃微珠与聚合物树脂的复合物,它们性能的改善必然与这两种原料及其复合工艺有关。

日本海洋技术中心对固体浮力材料的研制开发大体上可分为3个时期:第一个时期是1970年水深300m的潜水作业;第二个时期是20世纪80年代初研制载人深潜器“深海6500”;第三个时期是1987年开始研制10000m深的水下机器人。俄罗斯目前也研制出6000m水深用的固体浮力材料,密度为0.7g/cm3,可耐压70MPa。

美国、日本和俄罗斯等国家已经解决了水下6000m用低密度浮力材料的技术难题,并已形成系列标准。客户可以选用标准部件,也可根据需要提出要求,由公司的专业人员根据使用条件,设计满足耐压要求的各种复杂形状的结构件。固体浮力材料的主要制造商有美国的Emerson & Cuming公司、Flotec公司,欧洲的Flotation Technologies公司,英国的CRP集团,乌克兰国立海洋技术大学等。研制的固体浮力材料密度为0.35～0.7g/cm3,压缩强度为5.5～90MPa。

1.2 国内固体浮力材料研究进展

相对于美、日、俄等深潜技术发达的国家,我国深海用固体浮力材料的研究开发起步较晚,其中前期研制的浮力材料一般为聚氨酯、环氧树脂等发泡塑料,与国外同等材料相比,成本较低,但使用可靠性差,浸水一段时间后会因吸水失去浮力,最大工作深度为400m左右。

1984年哈尔滨船舶工程学院成功研制了我国第一代固体浮力材料,称为泡沫复合材料,主要由空心树脂球、空心玻璃微珠、环氧树脂制成,密度为0.5g/cm3,抗压强度为28.87MPa。青岛海洋化工研究院于1995年研制开发了化学发泡法轻质浮力材料,密度为0.33g/cm3,可潜水深500m,已成功地应用于水下机器人、潜水钟及拖曳天线等深潜用途中,并对1000m、2000m用可加工轻质浮力材料进行了探索试验,取得了突破性进展。目前研制的可加工轻质浮力材料,密度为0.55g/cm3时,可耐压50MPa,用于4500～5000m水深。

2000年国家海洋技术中心开始进行高强度轻质浮力材料的研究,目前已在配方、工艺、成型等核心技术方面取得了突破性进展,研究开发的高强轻质浮力材料已在航天、海洋、国防等诸多领域得到了广泛的应用。国家海洋技术中心高强度轻质浮力材料性能指标为:密度0.28～0.52g/cm3,抗压强度5.0～25MPa,可潜深度500～4000m,吸水率≤1%,使用温度-45～80℃。

2 固体浮力材料的性能

固体浮力材料实际使用时需长期浸泡在水中,而海洋中每增加100m深度,物体受到的压强就会增加1MPa,约10个大气压。因此,先进的固体浮力材料应该既轻又强,即在保持低密度的同时,又可以大幅提高其耐压强度。

空心玻璃微珠浮力材料是抗压强度最高的一类固体浮力材料,主要用于水深超过4000m或环境较为恶劣的情况,已成功地应用于深海载人潜水器的制备当中。我国设计研制的最大下潜深度7000m的深海载人潜水器“蛟龙号”的外壳就是由空心玻璃微珠浮力材料制备的。但该浮力材料进口于美国,原因就在于我国研制的高强度空心玻璃微珠浮力材料密度偏大,一般在0.6g/cm3以上。因此,如何把“密度与抗压强度”这对矛盾体统一到一个新的水平上,是研制高性能空心玻璃微珠浮力材料的关键,其相关研究主要涉及如下几个方面。

2.1 空心玻璃微珠浮力材料的密度

空心玻璃微珠是刚性粒子,分布在树脂基体中,图1、图2分别是典型的空心玻璃微珠和空心玻璃微珠浮力材料的扫描电镜显微照片。理论上,如果忽略空气的密度,浮力材料的密度可以由式(1)计算[4]。

ρsyntactic foam=φ(1-η3)ρglass+(1-φ)ρmatrix (1)

式中:ρglass=2.50g/cm3,ρmatrix=1.20g/cm3(基体密度可以再降低,但非常有限)。所以,玻璃微珠的内外半径比η和体积填充分数φ最终决定了浮力材料的密度。如果η=0.96、φ=70%,则浮力材料密度的理论值为0.56g/cm3。通常η最大值为0.98,因为增大到一定值时,微珠抗压强度就会很低,致使材料难以达到所需性能指标[5]。要得到更高的η值,只能依靠微珠制备技术的提高;φ理论上可以达到90%以上[6],但这需要3种粒径相差7倍的球体合理堆积,而市售玻璃微珠都不是单一粒径的球体,很难达到这样的堆积效果,通常φ最大值为70%。另外,体积填充分数φ值还与材料的成型工艺有关。

制备浮力材料的方法通常有浇注法、真空浸渍法、液体传递模塑法、颗粒堆积法以及压塑法等。其中浇注法和液体传递模塑法填充量较低,制品的密度较大;而其他方法虽然填充率都较高,但也都有各自的应用限制。真空浸渍法生产规模有限,制造大型产品困难;颗粒堆积法要求基体为粉末,且树脂含量较低,产品的强度也会因此降低;压塑法是较为理想也是目前最常用的成型方法,但空心玻璃微珠在一定压力下会破碎,因此对控制成型压力的要求十分严格。

总之,研发高性能的空心玻璃微珠,做到用最少的胶黏剂将其粘结成型,以获取最大的η和φ值,是制备低密度空心玻璃微珠浮力材料的主要研究方向。

2.2 空心玻璃微珠浮力材料的强度

在压缩应力下,空心微球浮力材料的破坏机制有两种,即纵向断裂和分层碎裂[9],前者对应于密度小的,后者对应于密度大的。它们分别反映了微球浮力材料的两种破坏起因:一种是材料因树脂基体开裂或塑性屈服而破坏,另一种是因微球破坏而破坏。可见,空心微球浮力材料的强度是由树脂基体和空心微球共同决定的。研究表明,空心微球浮力材料的强度取决于树脂基体的强度和韧性、基体和微球间的粘结强度、空心微球的强度和组分的泊松比。

2.2.1 基体对材料强度的影响

浮力材料显示的总体力学行为受到基体性质的强烈影响[10]。Turcsanyi等[11]提出了联系粒子复合材料屈服应力与粒子填料分布、形貌和填料-基体粘接的模型,即:

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式中:σyc和σym分别代表复合材料和基体的屈服强度,Vf为填料(粒子)的体积含量,A是联系填料排列分布的形状参数,对于球形粒子它的值接近2.5,B是与填料基体界面性质有关的参数,表示粘结强度。在足够的粘结强度下,基体和微球起到互相支撑的效果。通常,低密度浮力材料的缺陷就是抗压强度低,这是由于玻璃微珠自身的抗压强度太低,导致材料的耐压强度急剧下降。如果可以提供足够的粘结强度,高强度的基体就可以对微球起到加强的作用,减缓因填充微球造成的材料强度的下降。

材料的基体也就是胶黏剂,其基本成分为树脂和固化剂,根据不同的性能和工艺要求还包括促进剂、稀释剂、增韧剂等其他助剂。可以用于制备浮力材料的树脂有很多,如环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等。其中环氧树脂由于强度高、耐水性能好、固化收缩小等优点,成为固体浮力材料制备中最常用的树脂。胶黏剂的性能不仅受到其组成成分的影响,还与固化成型工艺及采取的其他措施(如固化的时间、温度、压力等)有关,是一种综合效应优化的结果。而环氧树脂、固化剂和助剂的种类繁多,使胶黏剂的配方研究工作需要在大量反复的实验基础上才能完成。

国外报道中,不同树脂和固化剂对材料性能影响的研究很少见,一般只能在专利中查阅到成熟的高性能配方。国内对基体方面的研究尚处于初级阶段,取得了一定的进展,相关的报道多为浮力材料的制备和表征,但也有部分关于基体对材料性能的影响。如孙春宝[12]以环氧树脂为基体聚合物,通过研究4种不同的固化体系,筛选出最佳固化剂间苯二胺(MPD)、4,4′-二氨基二苯砜(DDS)。吴则华等[13]以环氧树脂为基体聚合物,对改性芳香胺、聚酰胺、酸酐固化剂进行比较研究,证明制备的改性芳香胺固化剂可在常温下固化,并得到高强度的浮力材料。

2.2.2 空心玻璃微珠对材料强度的影响

空心微球浮力材料中,如果基体和空心微球有足够的粘结强度,空心微球将会成为压力的负荷承载者;如果基体自身有足够的韧性和强度,空心微球则会在高载荷下被破坏。因此,空心微球的强度是影响浮力材料强度的重要因素之一。

根据材料的不同,空心微球主要分为空心无机质微球和有机质微球两类。无机质微球主要有玻璃、Al2O3[14]、陶瓷[15]、碳[16,17,18,19]、飞灰漂珠等,有机质微球主要有环氧、酚醛以及可发性聚苯乙烯球等[20,21]。虽然市售的有机空心微球质轻,与基体有较好的粘结效果,但其强度较弱,所以深潜浮力材料的制备多采用空心玻璃微珠。表1是3M公司的几种空心玻璃微珠的性能。通常市售的空心玻璃微珠壁厚相当,为1～2μm。由表1可见,空心玻璃微珠粒径越大,抗压强度就越小。

不同抗压强度的空心玻璃微珠对浮力材料的强度有着不同的影响。Gupta等[22]采用3M公司的5种空心玻璃微珠(分别为S22、S32、K37、S38、K46)为填料进行研究。结果表明,在环氧树脂基体、体积填充量都相同的情况下,复合材料的压缩强度及压缩模量都随微珠强度的增大而增大。

空心玻璃微珠的体积填充分数也会影响材料的压缩强度,但影响的方式与微珠和基体的强度有关。Wouterson等[21]以3种不同抗压强度的微球(K46、K15和酚醛微球)为填料进行研究,发现当玻璃微珠的强度高于基体时,材料的强度随玻璃微珠体积分数的增加而增大;反之,材料的强度随玻璃微珠体积分数的增加而减小,如图3所示。

另外,空心玻璃微珠属于无机非金属材料,其极性与聚合物基体相差较大,相容性差,直接或过多填充容易导致复合材料性能下降。因此,填充前需要对微球进行表面改性处理。研究表明,微球的表面改性可以有效提高微球与基材间的界面结合,从而提高浮力材料的强度,并改善其耐水性能。

目前,微球表面改性通常是以加入偶联剂来实现的。偶联剂是一类分子两端含有能分别与无机物和有机物反应的不同性质官能团的低(高)分子化合物。对于空心玻璃微珠填充环氧树脂的复合材料,微珠表面的偶联剂处理可以明显改善界面的粘结效果,增强其机械性能[23,24]。

3 展望

轻质高强的固体浮力材料作为现代深潜技术的重要组成部分之一,其先进的制备技术主要为美国、俄罗斯等发达国家所掌握。而我国在固体浮力材料的研究过程中,高强度浮力材料密度都较大,难以提供高载荷、高耐压的大深度浮力材料,只能依赖于进口。为解决这一问题,研发更轻更强的高性能空心微球固然重要,但是基体的研制也是不可忽略的。因为基体对玻璃微珠不仅起到粘结的作用,更起到支撑的作用,对材料的性能有着不容忽视的贡献。而基体的性能不仅受到其组成成分的影响,还与固化成型工艺及采取的其他措施有关,这就需要研究人员进行大量反复的实验验证,任务非常艰巨。因此,研发更高性能的树脂基体对国内先进浮力材料的研制有着非常重要的意义。

摘要：概述了国内外固体浮力材料的研究进展,并针对我国研制的高强度空心玻璃微珠浮力材料密度偏大这一问题,重点介绍了空心玻璃微珠浮力材料的相关性能研究,分析了空心玻璃微珠和基体对浮力材料性能的影响,最后在此基础上展望了我国固体浮力材料的发展方向。

材料性能参数 篇11

【关键词】 口腔修复；摩擦性能；比较分析

【中图分类号】R283.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）03-0091-01

随着人民生活水平的提高，饮食结构的改变，各种各样的牙周疾病也逐渐增多。在对患者的口腔进行修复的过程中，应根据患者的口腔状况选择不同的修复材料，不同的修复材料的抗摩擦性能有一定的差别[1-2]。多项临床研究，在口腔修复中，常采用金属、树脂或者陶瓷三种修复材料进行修复[3-4]。本院分别采用金属、树脂及陶瓷三种材料对患者进行分组修复调查。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2011年10月—2012年3月期间该院口腔科共收治需进行口腔修复患者75例，共90颗牙，按牙齿数目随机将其患者均分为金属组、树脂组和陶瓷组。其中，金属组27例（30颗牙），男性患者15例，女性患者12例；年龄在17～61岁，平均年龄为（35.2±4.7）岁。树脂组23例（30颗牙），男性患者9例，女性患者14例；年龄在22～57岁，平均年龄为（32.5±6.1）岁。陶瓷组25例（30颗牙），男性患者10例，女性患者15例；年龄在24～66岁，平均年龄为（36.8±4.9）岁。

1.2 修复方法经过患者知情同意后，将需修复的90颗牙齿随机平均分为三组，分别使用金属桩核、合成树脂桩核和陶瓷桩核予以口腔修复手术。术后对上述患者进行 3 个月的随访，

对比三种不同口腔修复材料的摩擦性能。

1.3 材料及设备

材料为：金属桩核使用钴铬合金金属材料，陶瓷桩核使用釉质瓷，合成树脂桩核使用合成树脂。医疗设备为：二氧化锆全瓷机、压瓷烤瓷机、铸瓷机、医用研磨仪、高频铸造机、激光点焊机。

1.4 评定标准

①牙齿经修复后有松动或脱落情况；②修复牙齿畸形；③牙根纵裂；④牙齿碎裂；⑤修复后牙龈出血或并发牙周炎。回访患者情况只要符合上述其中任何一条，便视为口腔修复手术失败

1.5 统计学处理 对上述三组患者各项记录数据进行分类和汇总处理，采取统计学软件 SPSS19.0 对上述汇总数据进行分析和处理，计数资料采取率（%）表示，对比以 P<0.05 为有显著性差异和统计学意义。

2 结果

对患者进行修复术后3个月回访后的统计显示，金属组出现两例牙龈出血，与树脂组和陶瓷组相比，差异P=0.040<0.05，具有统计学意义。而树脂组在松动脱落项的牙齿数比金属组和陶瓷组高，差异P=0.040<0.05，具有统计学意义。陶瓷组则是修复牙齿的破裂颗数高于其他两组，差异P=0.045<0.05，具有统计学意义。而三组在剩余两项的数据差异皆P > 0.05，无统计学意义。具体数据见表1。表1 三组患者口腔修复的结果（颗）

注：差异P <0.05，差异具有统计学意义，反之无。

3 討论

口腔修复中常见的问题包括有疲劳磨损、服饰磨损、磨料磨损以及黏着磨损。其中磨料磨损在临床中最为常见，这些磨损方式均会造成患者牙齿的损伤。目前，临床中常采用金属、树脂及陶瓷三种不同的修复材料对患牙进行修复。据最新的相关研究报告表明，人体天然牙齿与金属类材料发生长时间的摩擦类运动造成的牙齿损耗是牙齿大量磨损的主要原因，是导致牙齿耐磨性性能下降的重要因素。而对于复合树脂材料的摩擦，影响牙齿耐磨性的因素主要包括：树脂基质在聚合转化率方面的情况、填料的含量大小、颗粒形状与分量、种类数目及构成物质情况以及树脂基质结合填料过程情况等因素。有专家进行专门研究后发现，增加填料物质的含量可以提高牙齿耐磨性能水平。而对于陶瓷类材料，在物理结构方面、化学成分情况以及材料表面部位特征等因素是影响都其磨耗性能发挥的主要因素，尤其是材料内自身的微观组成结构影响更甚。本研究结果表明，作为口腔修复的生物材料，金属材料的摩擦性能良好，但容易引发牙龈出血；而复合树脂材料的摩擦性能一般，但它的并发症较少；对于陶瓷材料，其摩擦性能性能良好，但由于具有陶瓷的性质，修复齿容易破裂。

综上所述，口腔修复材料摩擦性能最好的是金属材料，陶瓷材料的摩擦性能也较优良，相比之下，复合树脂的摩擦性能次之。但它们各有优缺，应用时可针对患者的具体情况选用合适的材料；而深入研究时可将它们结合起来，互补优缺，以得到新型的口腔修复材料。

参考文献

[1]张春来 .598 例老年口腔修复问题的临床分析 [J].中国医药导报，2009，6（23）：145-146.

[2]胡欣，魏强，李长义，等 .新型口腔修复用钛锆铌锡合金的摩擦性能 [J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（12）：2159-2163.

[3]浦恩泽，李鹏，张建明，等 .口腔修复前行牙周整复术 27 例临床观察 [J].实用医学杂志，2010，26（4）：710.

聚丙烯材料防污性能研究 篇12

在新车质量调查(Initial Quality Survey,IQS)中,内饰易弄脏问题是影响IQS得分的一项重要指标。在对近3 年的IQS调研数据进行分析过程中,发现内饰易弄脏问题处于TOP10 位置,属于重点关注提升项。因此,在汽车设计过程中如何提升汽车内饰的防污性能成为汽车主机厂亟待解决的问题。目前汽车内饰防污性能研究主要集中于面料防污研究方面,而关于塑料的防污研究鲜有报道。本文着重对内饰用量最大的塑料——聚丙烯材料的防污性能进行研究,建立其防污性能评价方法,找到塑料经常接触的污染物的清除方法,同时研究了聚丙烯材料的配方、皮纹和颜色对其防污性能的影响,提出了塑料易弄脏问题的解决方案,提升了IQS得分。

2 污染物清除方案研究

2.1 室温下不同污染物的清除方案

2.1.1 制定试验方案

污染物选用内饰经常接触的番茄酱、水彩笔、中性笔、巧克力、黑色固体鞋油、标准土(ISO12103-1 中的A2 类粉尘)、记号笔(黑色/蓝色)和可乐等污染物。在室温下,不同污染物清除方案的试验设计见表1,主要综合业内面料标准制定。

2.1.2 试验结果

室温下,不同污染物清除方案的试验结果见表2。从表中看出:在所有污染物中,除中性笔因有划伤,划痕中污染物不易清洗干净之外,其余污染物均有有效洗涤剂可以完全清洗干净。例如水彩笔、番茄酱、标准土、可乐和巧克力均可以通过水洗干净,记号笔可用酒精清洗干净,鞋油可用汽油清洗干净。

2.2 光照+高温复合条件下不同污染物的清除方案

许多车主不会及时清洗被污染的内饰,这可能导致污染物在光照+高温复合条件下持续停留在车上一段时间。因此,有必要模拟光照+高温的复合使用环境研究不同污染物的清除方案。本文参照Q/SQR T1-164-2014《PP材料抗发粘性试验方法》中的试验参数设置进行模拟。

2.2.1 制定试验方案

光照+高温复合条件下的不同污染物清除方案的试验设计见表3。其中污染物、污染方法、清洗方法和评价方法都与2.1基本相同,不同的是去掉肥皂水清洁剂,增加洗车香波专用清洁剂,而且试样被污染后放氙灯老化阳光模拟试验箱中加速5个周期(每个周期50 h)后再进行清洗。

2.2.2试验结果

光照及高温复合条件下不同污染物清除方案研究试验结果见表4。从表中看出:除水彩笔、标准土和可乐可以通过水洗完全清除干净外,番茄酱、中性笔、记号笔及鞋油等无论用洗洁精、酒精、汽油还是洗车香波均不能被完全清除干净。可见汽车内饰被污染后,最好在短时间内进行清洗。

3 PP配方对PP材料防污性能的影响

3.1 PP材料防污性能的评价试验方法

制定4 种试验方法:摩擦色牢度仪法、水接触角测试法、马丁奈尔仪测试法和记号笔测试法。详细的试验方法和评价方法见表5。

3.2 试验结果

3.2.1 基体树脂对PP抗污性能的影响

图1 是3 种不同类型皮纹的4 种PP材料的水接触角测试结果。从图中看出:普通PP与高结晶PP相比,前者的水接触角较大,抗污性能较好;普通PP-T20 与高结晶PP-T20 相比,后者的水接触角较大,抗污性能较好。但从测试结果看,两组数值相差不大,说明基体树脂对PP材料的抗污性能影响较小。表6 是采用耐摩擦色牢度仪法和马丁奈尔仪法对以上材料进行的定性测试结果,从中可知基体树脂对PP材料的抗污性能影响不大。

3.2.2 滑石粉对PP抗污性能的影响

图2是3种不同类型皮纹的4种PP材料的水接触角测试结果。由图2 可见:高结晶基体树脂材料添加20%的滑石粉后,材料的水接触角变大,抗污性能变好;而普通基体树脂材料添加20%的滑石粉后,材料的水接触角变小,抗污性能变差。同时,采用耐摩擦色牢度仪法和马丁奈尔仪法对以上材料进行了定性测试,测试结果同表6,均为2~3 级。综合考虑,鉴于定量测试结果数值相差很小,因此可以认为滑石粉对PP材料的抗污性能影响不大。

3.2.3 抗静电剂对PP抗污性能的影响

图3 是3 种不同类型皮纹的3 种PP材料的水接触角测试结果。由图可见,抗静电剂(添加比例2%)的加入使水接触角变小,抗污性能变差。另外,采用耐摩擦色牢度仪法和马丁奈尔仪法对以上材料进行了定性测试,评级结果均为2~3 级。因此,抗静电剂对PP材料的抗污性能影响不大。

3.2.4 刮擦助剂对PP抗污性能的影响

图4是3种不同类型皮纹的2种PP材料的水接触角测试结果。由图可见,加入非抗粘刮擦助剂(添加比例1%)的材料水接触角大,抗污性能较好;加入抗粘刮擦助剂(添加比例3%)的材料水接触角小,抗污性能较加入非抗粘刮擦助剂的材料差。同时,采用耐摩擦色牢度仪法和马丁奈尔仪法对以上材料进行了定性测试,测试结果评级均为2~3 级,说明刮擦助剂对PP材料抗污性能的影响较小。

3.2.5 防污助剂1 对PP抗污性能的影响

图5 是3 种不同类型皮纹、4 种不同防污助剂1含量的PP材料的水接触角测试结果。由图5 可见,随着防污助剂1 含量的增加,PP材料的水接触角变大,抗污性能变好。为了进一步考查防污助剂1 对PP材料抗污性能的影响,用记号笔以同等速度和力度在以上材料的皮纹板上画线,结果见图6。从图中看出3 种皮纹测试结果表现一致,随着防污助剂1 含量的增加,线条变得不连续且颜色变浅,说明材料的抗污性能变好。

3.2.6 防污助剂2 对PP抗污性能的影响

图7 是3 种不同类型皮纹、4 种不同防污助剂2含量的PP材料的水接触角测试结果。由图中可见:随着防污助剂2 含量的增加,PP材料的水接触角变大,抗污性能变好。为了进一步考查防污助剂2 对PP材料抗污性能的影响,用记号笔以同等速度和力度在以上材料的皮纹板上画线,结果见图8。从图中看出3 种皮纹测试结果表现一致,随着防污助剂2 含量的增加,线条变得不连续且颜色变浅,说明材料的抗污性能变好。

4皮纹对PP材料防污性能的影响

4.1 皮纹对PP抗污性能的影响(马丁耐尔仪测试)

采用EMPA系列104 号标准脏污布通过马丁耐尔仪对16 种皮纹分别摩擦500 次,然后按ISO105-A02 进行评级,结果见表7。从表7 看出,皮纹对PP材料的抗污性能影响较大,抗污性能最好可达4~5 级、最差的则只有2~3 级。

4.2 皮纹对PP抗污性能的影响(摩擦色牢度仪测试)

采用EMPA系列104 号标准脏污布通过摩擦色牢度仪对18 种皮纹分别摩擦25 次,然后按照ISO 105-A02 进行评级,结果见表8。从中看出:皮纹对PP材料的抗污性能影响较大,最好的抗污性能可达4 级,最差的抗污性能则只有2~3 级。总体来说,精细纹的抗污性能好于表面颗粒大的自然纹;拔模深度浅的纹理的抗污性能好于拔模深度深的纹理(皮纹深度的影响);自然纹的抗污能力最差。这是因为纹理颗粒越大,表面污点的总面积越大,整体看上去就越脏;纹理越深,脏污渗入纹理中越多,表面看上去就越脏,且不易清洗。

5 PP材料颜色对其防污性能的影响

5.1 摩擦色牢度仪测试法

采用EMPA系列104号标准脏布通过摩擦色牢度仪对3 种颜色的18 种皮纹摩擦25 次,按照ISO105-A02进行评级,结果见表9。从中看出:PP材料的颜色对其抗污性能影响较大,黑色的抗污性能可达4~5 级,而米色的抗污性能则只有2~3 级。抗污性从好到差的顺序为:黑色>灰色>米色。

5.2 马丁奈尔仪测试法

采用EMPA系列104 号标准脏布通过马丁奈尔仪对米色、红色、灰色、绿色和黑色的16 种皮纹分别摩擦500 次,按照ISO 105-A02 进行评级,结果见表10。从中可以看出:颜色对PP材料的抗污性能影响较大,黑色的抗污性能可达4~5 级,而米色的抗污性能则只有2~3 级。抗污性从好到差的顺序为:黑色>绿色>灰色>红色≈米色。

6 结论

a.室温下,除中性笔不容易清洗干净之外,其余污染物均有有效洗涤剂可以完全清洗干净;

b.经高温+光照复合作用后,除水彩笔、标准土和可乐可以通过水洗完全清除干净外,番茄酱、中性笔、记号笔及鞋油等不管是用洗洁精、酒精、汽油还是洗车香波均不能被完全清除干净;

c.PP材料配方对其抗污性能影响不大;

d.防污助剂对液体污渍的防污效果明显:随着防污助剂用量的增加,PP材料防污性能变好,但添加比例达到10%以上才有明显效果,由于防污助剂目前价格较高,故性价比不高;而对于固体污渍而言,防污助剂添加至15%仍未见有明显的防污效果;

e.PP材料的皮纹对其抗污性能有影响,精细纹好于表面颗粒大的自然纹,拔模深度浅的纹理好于拔模深度深的纹理;