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塑料材料老化检测目的、原理与类别

栏目：技术文献

发布时间：2024-10-29

导读：塑料材料具有广泛的应用领域，包括工业、农业、建筑业、包装材料、机械制造等。塑料因其质轻、价廉、耐蚀及加工方便等优点，成为许多行业不可或缺的材料。但由于塑料材料在使用过程中会由于各种原因产生老化现象，影响使用效果甚至造成产品损坏。特别是一些野外工作的产品的塑料部件，如光伏背板、机站机壳等设施上的塑料部件，会经受日晒雨淋，高温高热的恶劣环境，如果材料抗老化性能不过关，就会提前报废。所以，对塑料材料老化性能进行检测与评估具有十分重要的意义。


一、塑料材料老化性能检测的主要目的

老化检测是评估塑料材料在不同环境条件下的耐久性和稳定性，从而预测其在真实使用条件下的寿命和性能表现。通过模拟实际使用中的各种环境因素，如温度、湿度、光照、氧气以及特定介质等，可以加速塑料材料的老化过程，全面评估其老化性能。塑料材料老化性能检测的意义在于：
1) 评估材料的热稳定性：通过测试塑料在极端温度下的稳定性，确定其在长期加载下的表现。
2) 检测材料的物理性能变化：观察材料在高低温循环过程中的变形、脆化、开裂等现象。
3) 判断材料的使用寿命：模拟真实环境，预测材料在实际应用中的老化速度和使用寿命。
4) 支持产品优化：为材料改进和生产工艺提供数据支持，帮助企业提升产品质量。


二、塑料材料老化特征、老化原理与影响因素

1) 塑料老化的特征：
塑料在加工、储存和使用过程中受环境长期影响，在热、光、高能辐射、机械应力、超声波、化学药品及微生物等作用下，引起化学结构的破坏，致使其物理、化学性质和机械性能变坏的现象称为“老化”。塑料老化归纳起来有以下四种变化情况：外观变化、物理性质变化、力学性能变化、电性能变化。


2) 塑料老化的机理：
老化主要有化学老化和物理老化。
化学老化是聚合物分子结构变化的结果，所谓的化学老化是一种不可逆的化学反应，是高分子材料分子结构变化的结果，如塑料的脆化、橡皮的龟裂。
物理老化是在外部因素影响下，使玻璃态高分子材料通过小区域链段的布朗运动使其凝聚态结构从非平衡态向平衡态过渡，从而使得材料的物理、力学性能发生变化的现象。


3) 塑料老化的影响因素：
影响塑料材料老化的外部因素主要有：(1) 辐射、(2) 氧气、 (3) 臭氧、 (4) 热、 (5) 水分、(6) 机械应力、(7) 其它。

三、塑料材料老化性能测试基本原理和评价方法

1) 自然曝露试验方法：
自然大气老化测试是研究塑料受自然气候条件作用的老化试验方法,它是将试样暴露于户外气候环境中，受各种气候因素综合作用的老化实验方法，通过测试暴露前后性能的变化以评定材料的耐老化性能。
自然贮存老化是在贮存室内或仓库内，经自然气候、介质或模拟实际条件作用下进行的老化实验方法,通过测试暴露前后性能的变化以评定材料的耐老化性能。

海水暴露试验就是把试样暴露于不同的海洋环境区带中,通过测试暴露前后性能的变化以评定材料的耐老化性能。


上图为室外曝露架示例，其中右图装置通过镜子聚集阳光照射，加速产品老化，节省试验时间。
自然老化试验最接近实际工况，设备简单。但需要较大场地与设施，且试验时间超长，测试结果受天气变化影响较大，也不容易得出量化的测试结果。试验结果适用于特定的曝露实验场。


2）人工老化测试
人工老化测试是在实验室开展的系列老化检测试验，主要有：
热老化测试：是评定材料对高温的适应性的一种简便的人工模拟试验方法，是将材料放在高于相对使用温度的较高温度中，使其受热作用，通过测试暴露前后性能的变化以评定材料的耐热性能。

湿热条件下的暴露老化试验：是将材料放在规定的潮湿的热空气环境中，受湿热作用，通过暴露前后的性能或外观变化，来评价材料的耐湿热性能。
高压氧和高压空气热老化测试：是将材料在高温和高压环境中进行加速老化的试验方法，通过暴露前后的性能或外观变化，来评价材料的耐候性能。
人工天候老化测试：是将材料暴露于规定的环境条件下， 模拟自然界的光、热、氧、湿度、雨水等条件，通过测试试样表面的辐照度或辐射量与试样的性能的变化，以评定材料的耐候性。

上图为广州标际的高压加速老化箱(饱和)、平照式氙灯老化箱等老化检测设备，具有稳定性好、检测精度高等特点，深受用户欢迎。

3） 熔体流动速率法
在一定的温度和负荷下，测定材料在熔体流动速率仪中进行老化后经不同停留时间的熔体流动速率变化，并进行定量的评价。老化停留时间越长，熔体流动速率越小。

人工老化具有试验周期短，与场地、季节和地区气候无关，以及测定的数据有很好的重复性等优点。但对实验设备等条件要求，是常用的老化检测方法。