实验讲义十四 材料透光性的测定

实验十四 材料透光性的测定

概述

在材料中,玻璃、陶瓷、塑料等是透明或半透明材料。透光性是指材料透过光线的能力，它是一个综合性的指标，与材料对光线的吸收和反射性质有关。通常用透光率或雾度(浑浊度)来表征。

传统的光学材料是玻璃，透光性是玻璃最重要的性质。对于平板玻璃，由于其用途的需要，对光的透过率有较高的要求，在各国的玻璃标准中对透过率都有具体的规定。因此，透过率的测定是平板玻璃质量检测的重要项目。

乳白玻璃和半透明瓷器的一个重要光学性质是半透明性。一些重要的工艺瓷，例如骨灰瓷和硬瓷，其半透明性是主要的鉴定指标之一。单相氧化物陶瓷的半透明性是它的质量标志。因此，测定乳白玻璃和半透明瓷器的半透明性对科研和生产都是十分重要的。

对于陶瓷材料，好瓷器的一种特殊性质是高度的透光性。透明的Al2O3、MgO、Y2O3等氧化物陶瓷也有较高的透明度,其透光性也是这些材料的质量指标。

此外，有机玻璃、透明或半透明塑料薄膜也以透光性作为其质量鉴定和老化后性能变化程度的评定指标。

一、实验目的

1．明确总透光率、雾度的基本概念；

2．了解玻璃透光率/雾度测定仪的基本测量原理及使用方法； 3．掌握材料透光率、雾度的测定技术。 二、实验原理

1．总透光率、雾度的定义 (1) 总透光率的定义

透光率是衡量一种物体透射光通量的尺度。1933年，国际照明委员会(CIE)对透光率作了明确的定义：透过率是透过物体的光通量和射到物体的光通量之比，即

??0I?V???d? T==? （1）

?0?I?V?d?0?式中：T—总透过率；光通量之比；

Φ0—射到物体上的光能量，流 (明)； Φ—透过物体的光能量；

Iλ—A光源的分谱辐射强度，瓦每球面度；

Vλ—明视觉相对光谱灵敏度(或视见函数)； τ

λ

—单色光透过率；

dλ—波长间隔，纳米。

这样，只要用分光光度计测出物体的一系列单色光的透过率，就可以累计计算物体的可见光(380―780nm) 透过率。不过，手工计算十分麻烦，将算法编成程序，让计算机自动计算则方便得多。

(2)雾度的定义

光线射到一透明或半透明物体上时，部分产生定向反射，部分产生漫反射，如图1中的左半球所示。光线进入样品后部分被吸收，部分被透过。在出射样品的光中，主透射部分按折射定律前进，其余部分产生半球透射，其前进方向是散乱的，因此称为漫透射，如图中的右半球所示。

按照GB 2410-80及ASTM D1003-61 (1997) ，以半球透射来考核的透光率，称为半球透光率。

透过试样而偏离入射方向的散光通量与透射光通量之比称为雾度，同样，在GB 2410―80及ASTM D 1003―61(1997)中所定义的雾度是指样品的半球雾度。

漫反射镜面反射狭角前反射漫透射主透射入射光半球反射半球透射

图1

2、透光率/雾度测定仪的基本测量原理

透光率/雾度测定仪采用平行照射，半球散射，积分球光与透射原理电接收的方式，其测量原理如图2所示。由光源1 (卤钨灯)发出的光经过聚光镜2，通过光栏3，经遮光式调制器4射到物镜5上。物镜5射出一束平行光束，其光线偏离角不大于30，并将光拦3成像在出射窗口10上。出射窗对入射窗口中心的张角为80，光斑边缘与出射窗形成1.30的环带。积分球7内装有一可摆动的标准发射器9，当测定透光率及总透射光时，标准发射器被控在位，挡住出射窗；当测散射光时，从出射窗处让开。固定在积分球上的硒光电池 8 将球内的光照

吸收后转换成光电流，经检波放大A/D转换，微机处理后，显示透光率和雾度的测定值，需要时还可打印输出。

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1．光源 2．聚光镜 3．光栏 4．调制器5．物镜 6．试样 7．积分球

8．光电池9．发射标准器10．出射窗口 11．入射窗口

图2 透光率/雾度测定仪的测量原理图

三、实验设备和试样 1．仪器结构

仪器外形如图3所示。仪器分为发射系统(左侧)和接收系统(右侧)两部分，中间是开启式的样品室。由于调制器的采用，仪器不受环境光的影响，不必采用暗室．开启式的样品窗几乎不受样品尺寸的限制，保证了大件样品操作者的安全，可以测量平板玻璃，塑料板材和片材、塑料薄膜等透明及半透明的平行平面样品的透光率、透射雾度，仪器采用微机自动操作系统及数据处理系统，无旋钮操作，使用方便。

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1.测试准备指示灯 2.透光率显示窗 3.雾度测试窗 4.电源开关 5.测试开关 6.样品架

图3 透光率/雾度测定仪外形图

2．试样

（1）试样切割尺寸

对于量少的材料，可切成小样，尺寸为5 0?5 0mm。

对于面积和厚度大的材料，可切成大样，宽度可达3 8 0 mm，厚度可达1 3 0 mm，长度不受限制。

（2）试样的处理

试样不应有明显可见的划伤、疙瘩、不易清洗的附着物等。被测试样表面应清洁，因此试样选好后，要用滤纸或洁净的纱布擦干挣，必要时要用浸有无水乙醇 (或乙醚) 的脱脂棉 (或软布条) 将待测试样擦干净，晾干后才能进行测试。

四、实验步骤

1．将仪器电源插头插入插座 (三眼) 。将打印机接上电源。 2．将仪器的三只保护盖旋下。

3．在测小样品时，须将样品架装于接受器的左侧 (拧上二只螺钉即可) 。

4．按一下电源按钮，仪器预热至少30min。两窗口各显示一各小数点，准备指示灯指示黄光。不久，指示灯指示绿光，左边读数窗出现“P”，右边出现“H”，并发出呼叫声。此时，按下测试开关，仪器将显示“P 1 0 0．0”， “H 0．0 0 0”。

如果不显示“P 1 0 0．0”， “H 0．0 0 0”，即“P<1 0 0．0”， “H>0．0 0 0”，说明光源预热不够。可关闭电源后再开机，重复l―2次，在显示“P100．0”， “H0．00”，稳定数分钟后即可结束预热。

5．按下测试开关，进行空白测试。仪器中的微机采集仪器自身的数据后，再度显示“P”， “H”，并呼叫，即可进行测量。

6．块状样品的测量

将待测样品装在样品架上，按测试钮，指示灯转为红光，不久就在显示屏显示出透光率和雾度的数值。前者显示单位为0．1％，后者为0．0 1％。此时，指示灯转为绿光。

需要进行复测时，可不拿下样品，重按测试钮即可。最后取其算术平均值作测量结果，以提高测量准确度。

更换样品，重复按测试按钮，即可连续测得同—批样品的测试结果。 7．更换样品批号的测量

更换样品批号时，应先按测试按钮测空白 (一般每测完一组样品应测空白一次) ，仪器显示“P100.00”， “H0.000”后，再按测试钮，待准备灯发绿光，仪器发出呼叫后，再测下一组样品。

8．薄膜试样的测量

对于塑料等薄膜样品，只要将待测薄膜夹于仪器附带的磁性夹具之间，稍加拉平即可。将夹具装在样品架上(注意将薄膜一面紧贴积分球)，按上述操作即可得出结果。

9．测定结果处理

(1) 对每片试样测定三次，取算术平均值作为该片试样的透光率值。

(2) 将三片试样的透光率值取算术平均值，作为该批试样的测定结果。测定结果可按 下列格式记录。

取样日期: 测定日期: 试样 编号 1 2 试样厚度(mm) 测定值(%) 1 2 3 每块试样的透光率(%) 平均透光率(%) 备注

五、思考题

1．试述单色透过率和总透光率的异同点，并说明它们之间有无关系。 2．看了图2之后，你能说明透光仪的光路系统为什么要这样设计吗?

3．用透光率/雾度测定仪可以测量液体的浊度，试拟订一个测试方法与测试程序。 4．试样厚度对透光率值有无影响，为什么?

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