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塑料材料老化檢測目的、原理與類別

欄目：技術(shù)文獻(xiàn)

發(fā)布時間：2024-10-29

導(dǎo)讀：塑料材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、包裝材料、機(jī)械制造等。塑料因其質(zhì)輕、價廉、耐蝕及加工方便等優(yōu)點，成為許多行業(yè)不可或缺的材料。但由于塑料材料在使用過程中會由于各種原因產(chǎn)生老化現(xiàn)象，影響使用效果甚至造成產(chǎn)品損壞。特別是一些野外工作的產(chǎn)品的塑料部件，如光伏背板、機(jī)站機(jī)殼等設(shè)施上的塑料部件，會經(jīng)受日曬雨淋，高溫高熱的惡劣環(huán)境，如果材料抗老化性能不過關(guān)，就會提前報廢。所以，對塑料材料老化性能進(jìn)行檢測與評估具有十分重要的意義。


一、塑料材料老化性能檢測的主要目的

老化檢測是評估塑料材料在不同環(huán)境條件下的耐久性和穩(wěn)定性，從而預(yù)測其在真實使用條件下的壽命和性能表現(xiàn)。通過模擬實際使用中的各種環(huán)境因素，如溫度、濕度、光照、氧氣以及特定介質(zhì)等，可以加速塑料材料的老化過程，全面評估其老化性能。塑料材料老化性能檢測的意義在于：
1) 評估材料的熱穩(wěn)定性：通過測試塑料在極端溫度下的穩(wěn)定性，確定其在長期加載下的表現(xiàn)。
2) 檢測材料的物理性能變化：觀察材料在高低溫循環(huán)過程中的變形、脆化、開裂等現(xiàn)象。
3) 判斷材料的使用壽命：模擬真實環(huán)境，預(yù)測材料在實際應(yīng)用中的老化速度和使用壽命。
4) 支持產(chǎn)品優(yōu)化：為材料改進(jìn)和生產(chǎn)工藝提供數(shù)據(jù)支持，幫助企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量。


二、塑料材料老化特征、老化原理與影響因素

1) 塑料老化的特征：
塑料在加工、儲存和使用過程中受環(huán)境長期影響，在熱、光、高能輻射、機(jī)械應(yīng)力、超聲波、化學(xué)藥品及微生物等作用下，引起化學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞，致使其物理、化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能變壞的現(xiàn)象稱為“老化”。塑料老化歸納起來有以下四種變化情況：外觀變化、物理性質(zhì)變化、力學(xué)性能變化、電性能變化。


2) 塑料老化的機(jī)理：
老化主要有化學(xué)老化和物理老化。
化學(xué)老化是聚合物分子結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果，所謂的化學(xué)老化是一種不可逆的化學(xué)反應(yīng)，是高分子材料分子結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果，如塑料的脆化、橡皮的龜裂。
物理老化是在外部因素影響下，使玻璃態(tài)高分子材料通過小區(qū)域鏈段的布朗運動使其凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)過渡，從而使得材料的物理、力學(xué)性能發(fā)生變化的現(xiàn)象。


3) 塑料老化的影響因素：
影響塑料材料老化的外部因素主要有：(1) 輻射、(2) 氧氣、 (3) 臭氧、 (4) 熱、 (5) 水分、(6) 機(jī)械應(yīng)力、(7) 其它。

三、塑料材料老化性能測試基本原理和評價方法

1) 自然曝露試驗方法：
自然大氣老化測試是研究塑料受自然氣候條件作用的老化試驗方法,它是將試樣暴露于戶外氣候環(huán)境中，受各種氣候因素綜合作用的老化實驗方法，通過測試暴露前后性能的變化以評定材料的耐老化性能。
自然貯存老化是在貯存室內(nèi)或倉庫內(nèi)，經(jīng)自然氣候、介質(zhì)或模擬實際條件作用下進(jìn)行的老化實驗方法,通過測試暴露前后性能的變化以評定材料的耐老化性能。

海水暴露試驗就是把試樣暴露于不同的海洋環(huán)境區(qū)帶中,通過測試暴露前后性能的變化以評定材料的耐老化性能。


上圖為室外曝露架示例，其中右圖裝置通過鏡子聚集陽光照射，加速產(chǎn)品老化，節(jié)省試驗時間。
自然老化試驗最接近實際工況，設(shè)備簡單。但需要較大場地與設(shè)施，且試驗時間超長，測試結(jié)果受天氣變化影響較大，也不容易得出量化的測試結(jié)果。試驗結(jié)果適用于特定的曝露實驗場。


2）人工老化測試
人工老化測試是在實驗室開展的系列老化檢測試驗，主要有：
熱老化測試：是評定材料對高溫的適應(yīng)性的一種簡便的人工模擬試驗方法，是將材料放在高于相對使用溫度的較高溫度中，使其受熱作用，通過測試暴露前后性能的變化以評定材料的耐熱性能。

濕熱條件下的暴露老化試驗：是將材料放在規(guī)定的潮濕的熱空氣環(huán)境中，受濕熱作用，通過暴露前后的性能或外觀變化，來評價材料的耐濕熱性能。
高壓氧和高壓空氣熱老化測試：是將材料在高溫和高壓環(huán)境中進(jìn)行加速老化的試驗方法，通過暴露前后的性能或外觀變化，來評價材料的耐候性能。
人工天候老化測試：是將材料暴露于規(guī)定的環(huán)境條件下， 模擬自然界的光、熱、氧、濕度、雨水等條件，通過測試試樣表面的輻照度或輻射量與試樣的性能的變化，以評定材料的耐候性。

上圖為廣州標(biāo)際的高壓加速老化箱(飽和)、平照式氙燈老化箱等老化檢測設(shè)備，具有穩(wěn)定性好、檢測精度高等特點，深受用戶歡迎。

3） 熔體流動速率法
在一定的溫度和負(fù)荷下，測定材料在熔體流動速率儀中進(jìn)行老化后經(jīng)不同停留時間的熔體流動速率變化，并進(jìn)行定量的評價。老化停留時間越長，熔體流動速率越小。

人工老化具有試驗周期短，與場地、季節(jié)和地區(qū)氣候無關(guān)，以及測定的數(shù)據(jù)有很好的重復(fù)性等優(yōu)點。但對實驗設(shè)備等條件要求，是常用的老化檢測方法。