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塑料材料老化檢測目的、原理與類別

欄目：技術文獻

發布時間：2024-10-29

導讀：塑料材料具有廣泛的應用領域，包括工業、農業、建筑業、包裝材料、機械制造等。塑料因其質輕、價廉、耐蝕及加工方便等優點，成為許多行業不可或缺的材料。但由于塑料材料在使用過程中會由于各種原因產生老化現象，影響使用效果甚至造成產品損壞。特別是一些野外工作的產品的塑料部件，如光伏背板、機站機殼等設施上的塑料部件，會經受日曬雨淋，高溫高熱的惡劣環境，如果材料抗老化性能不過關，就會提前報廢。所以，對塑料材料老化性能進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境條件下的耐久性和穩定性，從而預測其在真實使用條件下的壽命和性能表現。通過模擬實際使用中的各種環境因素，如溫度、濕度、光照、氧氣以及特定介質等，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) 評估材料的熱穩定性：通過測試塑料在極端溫度下的穩定性，確定其在長期加載下的表現。
2) 檢測材料的物理性能變化：觀察材料在高低溫循環過程中的變形、脆化、開裂等現象。
3) 判斷材料的使用壽命：模擬真實環境，預測材料在實際應用中的老化速度和使用壽命。
4) 支持產品優化：為材料改進和生產工藝提供數據支持，幫助企業提升產品質量。


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境長期影響，在熱、光、高能輻射、機械應力、超聲波、化學藥品及微生物等作用下，引起化學結構的破壞，致使其物理、化學性質和機械性能變壞的現象稱為“老化”。塑料老化歸納起來有以下四種變化情況：外觀變化、物理性質變化、力學性能變化、電性能變化。


2) 塑料老化的機理：
老化主要有化學老化和物理老化。
化學老化是聚合物分子結構變化的結果，所謂的化學老化是一種不可逆的化學反應，是高分子材料分子結構變化的結果，如塑料的脆化、橡皮的龜裂。
物理老化是在外部因素影響下，使玻璃態高分子材料通過小區域鏈段的布朗運動使其凝聚態結構從非平衡態向平衡態過渡，從而使得材料的物理、力學性能發生變化的現象。


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) 機械應力、(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或倉庫內，經自然氣候、介質或模擬實際條件作用下進行的老化實驗方法,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境區帶中,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，加速產品老化，節省試驗時間。
自然老化試驗最接近實際工況，設備簡單。但需要較大場地與設施，且試驗時間超長，測試結果受天氣變化影響較大，也不容易得出量化的測試結果。試驗結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：是將材料放在規定的潮濕的熱空氣環境中，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境中進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：是將材料暴露于規定的環境條件下， 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備，具有穩定性好、檢測精度高等特點，深受用戶歡迎。

3） 熔體流動速率法
在一定的溫度和負荷下，測定材料在熔體流動速率儀中進行老化后經不同停留時間的熔體流動速率變化，并進行定量的評價。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、季節和地區氣候無關，以及測定的數據有很好的重復性等優點。但對實驗設備等條件要求，是常用的老化檢測方法。