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(jià)廉、耐蝕及加工方便等優(yōu)點(diǎn),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(huì)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(huì)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(huì)提前報(bào)廢。所以,對(duì)塑料材料老化性能進(jìn)行檢測與評(píng)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
1) 評(píng)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(shí)環(huán)境,預(yù)測材料在實(shí)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
塑料在加工、儲(chǔ)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(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)方法
1) 自然曝露試驗(yàn)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(yàn)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(shí)驗(yàn)方法,通過測試暴露前后性能的變化以評(píng)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(shí)際條件作用下進(jìn)行的老化實(shí)驗(yàn)方法,通過測試暴露前后性能的變化以評(píng)定材料的耐老化性能。
海水暴露試驗(yàn)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(píng)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(yàn)時(shí)間。
自然老化試驗(yàn)最接近實(shí)際工況,設(shè)備簡單。但需要較大場地與設(shè)施,且試驗(yàn)時(shí)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(yàn)結(jié)果適用于特定的曝露實(shí)驗(yàn)場。
2)人工老化測試
人工老化測試是在實(shí)驗(yàn)室開展的系列老化檢測試驗(yàn),主要有:
熱老化測試:是評(píng)定材料對(duì)高溫的適應(yīng)性的一種簡便的人工模擬試驗(yàn)方法,是將材料放在高于相對(duì)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(píng)定材料的耐熱性能。
濕熱條件下的暴露老化試驗(yàn):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(píng)價(jià)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(yàn)方法,通過暴露前后的性能或外觀變化,來評(píng)價(jià)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(píng)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(diǎn),深受用戶歡迎。
3) 熔體流動(dòng)速率法
在一定的溫度和負(fù)荷下,測定材料在熔體流動(dòng)速率儀中進(jìn)行老化后經(jīng)不同停留時(shí)間的熔體流動(dòng)速率變化,并進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。老化停留時(shí)間越長,熔體流動(dòng)速率越小。
人工老化具有試驗(yàn)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(diǎn)。但對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等條件要求,是常用的老化檢測方法。