目前,高分子材料老化测试方法较多,包括气候老化测试、紫外线老化测试、臭氧老化测试、热风老化测试、高低温交变老化测试、湿热老化测试、介质老化测试、盐雾老化测试等。
所谓气候老化测试,就是把高分子材料的检测样品暴露于大气环境环境下,从而得到材料样品暴露于大气环境下老化规律,分析高分子材料的性能,预测其使用寿命的一种研究方法。
气候老化测试有两种类型,
1.其中一种是自然暴露测试,将高分子材料试验样品暴露于真实大气环境中,以获得材料在真实环境下的老化行为。用这种老化测试方法得到的老化信息是较为准确的。目前比较有效的方法是测定分子材料的老化行为,但这种测试方法周期时间太长,费时费力。
2、另一种是人工气候老化测试。人工气候老化测试是指在室内模拟真实大气环境条件或加强某些环境因素,以在短时间内获得材料老化行为的老化试验方法。又称人工模拟老化或人为加速老化。人工气候老化通常在人工气候老化箱中进行。常用的人工气候老化箱主要有氙灯气候老化箱、荧光灯气候老化试验箱、碳弧灯气候老化试验箱等。为了实现材料老化,这类气候老化试验箱从光、温、湿、雨或冷凝等主要气候因素模拟或强化自然环境因素。此外,老化测试材料应按一定的测试标准进行。
紫外线老化测试
太阳光中的紫外光,由于其光能相当于高分子化学键的键能,可引起高分子化合物链的断裂,这是导致高分子材料降解的主要因素。
紫外线老化试验是指将聚合物材料的老化试验样品直接放置在紫外光场中,以获得聚合物材料的老化行为和规律。
一般紫外老化测试会规定紫外线区域和辐射强度,如40W/m2,波长范围为300nm-400nm。紫外老化测试使用的光源通常有氙灯、荧光灯、氚灯等。其中,氙灯可以很好地模拟太阳光谱,荧光灯可以很好地模拟阳光的紫外线光谱。氚灯可提供强大的能量,一般用于加速老化测试。
臭氧老化测试
臭氧是大气中极其罕见的气体,但它对高分子材料的破坏性极大。臭氧可与高分子材料化学结构中的不饱和键和还原基团发生不可逆的化学反应,导致高分子材料的氧化降解,从而失去使用价值。特别是对于含有双键的橡胶材料,表现出极强的破坏力。
臭氧具有很强的活性。它能分解出更活跃的原子氧,与橡胶分子中的双键发生化学反应,使橡胶老化、开裂、变脆。
通常利用臭氧老化试验箱对高分子材料进行臭氧老化试验。臭氧由臭氧发生器提供,其浓度可通过混合器和空气混合来调节。臭氧的浓度一般是根据材料实际使用的环境条件来确定的。
此外,还可以通过调节臭氧老化试验箱中的温度、湿度等因素来达到试验目的,从而获得材料的抗臭氧老化性能和臭氧老化的行为和规律。
热风老化测试
热量是引起高分子材料老化的主要因素之一。热量可以加速高分子链的运动,使高分子链断裂,产生活性自由基,并引起自由基链反应引起高分子降解或交换。
热风老化测试是评价高分子材料和研究高分子材料耐老化性能的主要测试方法之一。通常在恒温鼓风干噪试验箱内进行。
试验箱内温度可根据测试要求设定。对高分子材料在干燥条件下定期取样测试,获得高分子材料的老化行为和规律,从而有针对性地对高分子材料进行改性,提高其性能。
温度交变老化测试
温度是导致高分子材料老化的另一个重要因素。对于高分子粘合剂来说,高温会加速高分子粘合剂链的运动速率,低温会在高分子粘合剂中引起内应力。交变会导致高分子粘合剂的链断裂和降解老化。
对于橡胶,高温可以加速分子链的热运动,使橡胶交联。低温会导致橡胶分子链冻结,使其变脆,降低弹性,并老化。
高低温交变老化试验是评价高分子材料耐温性的一种老化测试方法。通常在温度交变老化试验箱中进行,从一定温度(一般为室温)到一定温度,以恒定的加热速率,保持温度一段时间后,再以恒定的冷却速率将温度降低到一定温度,保持温度一段时间后,再升高到原来的温度,这是一个温度循环。循环长度可根据具体测试要求确定。
湿热老化测试
湿热老化测试是评价高分子材料在高湿高温环境下耐老化性能的有效方法。在高湿度环境下,水可以渗透到高分子材料中,使高分子材料膨胀,部分亲水基团被水解,导致高分子材料的老化和降解。
此外,水分渗透到高分子材料中还会引起高分子材料内部添加剂如增塑剂、复合剂等物质的溶解和迁移,影响高分子材料的力学性能。
在高热的作用下,热能促进水的渗透。热促进高分子链运动的加剧,降低分子间作用力,促进水的渗入,加速高分子材料的降解。
不同的高分子材料配方不同,其湿热老化机理也不同。在进行湿热老化测试时,应根据不同的高分子材料选择不同的老化标准。
湿热老化测试通常在湿热老化试验箱中进行,温度和湿度可根据试验要求设置。
介质老化测试
某些高分子材料在使用过程中需要长时间浸泡在某种介质中。例如,长期从事海上作业或潜艇作业的设备上的高分子材料必须长时间浸泡在海水中,航空飞机的某些部件必须长时间暴露在航空中。这些都要求高分子材料具有较强的抗介电老化性能。
介质老化测试是评价高分子材料在一定介质中的耐介质老化性能,预测其寿命的常用试验方法。老化测试所用介质可根据高分子材料使用的具体环境配制。它可以是人造海水、盐水、雨水、酸碱溶液、燃料油以及其他有机溶剂。
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