高分子材料老化寿命的评定方法
高分子材料稳定性及寿命预测
高分子材料稳定性及寿命预测高分子材料广泛应用于各个行业领域，如塑料、橡胶、纺织品、医疗器械等。
在实际应用中，高分子材料的稳定性和寿命问题成为了制约其发展和应用的重要因素。
因此，为了确保高分子材料在使用过程中的稳定性和寿命，科学家和工程师们一直在研究和预测高分子材料的稳定性和寿命。
高分子材料的稳定性是指材料在外界环境影响下，能够保持其基本性能和结构不发生明显变化的能力。
高分子材料在使用过程中常常受到各种因素的影响，如氧气、湿度、高温、紫外线等。
这些外部环境的影响会导致高分子材料发生化学和物理变化，进而影响其性能和结构。
因此，研究高分子材料的稳定性是十分重要的。
为了预测高分子材料的稳定性，科学家们通常使用实验和模拟方法。
实验方法包括长期暴露试验、加速老化试验等，通过对材料在特定条件下的性能和结构的变化进行监测和分析，来评估材料的稳定性。
模拟方法则是利用计算机软件对材料的化学和物理反应进行建模和模拟，通过预测材料在不同环境下的行为来预测其稳定性。
这些方法的结合使用能够更准确地预测高分子材料的稳定性。
高分子材料的寿命是指材料在使用过程中能够保持其性能和结构不发生明显变化的时间。
高分子材料的寿命与其稳定性密切相关。
如果材料的稳定性较差，那么其寿命也会相应较短。
因此，研究高分子材料的寿命需要首先对其稳定性进行评估。
预测高分子材料的寿命通常依赖于寿命模型的建立。
寿命模型是通过实验和理论分析来确定材料在特定条件下的寿命。
在实验方面，科学家们通常使用加速老化试验、热重分析等方法来确定材料的寿命特性。
然后，通过对实验数据进行统计和分析，建立寿命模型，用来预测材料在不同工况下的寿命。
在理论方面，科学家们则借助于化学和物理原理，通过对材料在分子层面上的反应和行为进行建模和计算，来预测其寿命。
在高分子材料的稳定性和寿命预测中，除了实验和模拟方法外，还可以利用经验法进行预测。
经验法是基于过去的经验和观察，通过对历史数据的统计和分析，来预测材料的稳定性和寿命。
高分子材料实验室老化试验技术详解
高分子材料实验室老化试验技术详解【摘要】本文围绕实验室老化试验技术，详细介绍了老化试验的原理，各种常用光源的光谱能量分布及各自的优缺点，包括荧光紫外灯、碳弧灯、氙弧灯、金属卤素灯等。
介绍了常见的光老化试验箱以及各种光源常用的测试标准，并对光源的选择、滤镜的选择以及样品的外观评价等试验技术进行了详细介绍。
【关键词】光老化试验；荧光紫外灯；碳弧灯；氙弧灯；金属卤素灯；测试标准塑料、涂料、纺织品、皮革等高分子材料在使用过程中经常出现粉化、变色、起泡、龟裂、脱落等劣化现象，严重影响产品的机械、表观等方面的性能，因此需要了解高分子材料的光老化机理并寻找合适的人工加速光老化试验方法来客观地模拟自然使用条件，为材料的研发及应用提供快速的检测与评价方面的依据。
目前常用的人工加速老化试验方法主要有荧光紫外灯老化、碳弧灯老化、氙灯老化、金属卤素灯老化等试验方法，下面详细介绍一下这几种不同的老化测试方法。
1.荧光紫外老化试验紫外光老化试验箱采用荧光紫外灯为光源，通过模拟自然阳光中的紫外辐射和冷凝，对材料进行加速耐候性试验，以获得材料耐候性的结果。
荧光紫外试验可模拟紫外、雨淋、高温、高湿、凝露、黑暗等自然环境条件，通过将这些条件重现并循环开展老化试验。
目前常用的紫外线光源分为长波紫外线光源（UV A 灯）以及短波紫外线光源（UVB灯）两种类别，共包括四种光源，其光谱能量分布见图1[1]。
1.1 长波紫外线光源长波紫外线灯对于比较不同类型聚合物的耐紫外线性能尤为有用。
因为UV A灯的光谱不包含295nm以下的紫外线，跟户外阳光的波长截止点相同，通常不像短波紫外线破坏材料那样快，但它们比较接近真实的户外老化。
目前常用的光源包括：（1）UV A-340光源，在295nm～365nm的紫外波段最接近于太阳光的光谱，它的辐射峰值是在340nm，是目前最接近于户外阳光的紫外光源；（2）UV A-351光源，模拟日光被窗户玻璃过滤后的紫外线部分，它适用于户内环境应用。
高分子材料的老化及防老化研究
高分子材料的老化及防老化研究【摘要】高分子材料在应用过程中会发生老化现象，影响其性能和使用寿命。
对高分子材料的老化及防老化研究变得至关重要。
本文首先介绍了老化机理的研究，探讨了高分子材料常见的老化方式，并分析了影响老化的因素。
接着讨论了各种防老化方法，包括添加稳定剂、控制材料制备、采用新型防老化技术等。
还介绍了材料老化测试方法，如人工加速老化试验、实地暴露试验等。
展望了高分子材料的老化及防老化研究的前景，提出了未来研究方向和挑战。
通过本文的研究，可以为高分子材料的设计、生产和应用提供一定的指导，促进材料科学领域的发展。
【关键词】高分子材料、老化、防老化、研究、机理、方式、方法、测试、技术、展望、挑战、未来1. 引言1.1 高分子材料的老化及防老化研究的重要性高分子材料在日常生活和工业生产中被广泛应用，如塑料制品、橡胶制品、涂料等，但随着时间的推移，高分子材料会出现老化现象，导致其性能下降，甚至失效。
研究高分子材料的老化及防老化对于延长材料的使用寿命、提升产品质量至关重要。
高分子材料的老化是一个复杂且持续的过程，涉及化学、物理、力学等多方面因素。
了解老化机理有助于预测材料的寿命，并采取相应的防护措施。
分析常见的老化方式如光热氧老化、臭氧老化等，有助于提高材料的抗老化性能。
通过探讨防老化方法，可以有效延缓高分子材料的老化速度，如添加抗氧化剂、紫外吸收剂等。
对材料老化测试方法的介绍和新型防老化技术的研究也是解决老化问题的关键。
展望未来，高分子材料的老化及防老化研究将持续深入，为材料科学领域的发展提供新的思路和突破口，但也面临着挑战，需要不断改进和创新。
2. 正文2.1 老化机理研究高分子材料的老化是指在长期使用或储存过程中，受到外界环境因素的作用而发生结构和性能的逐渐变化的过程。
老化过程是一个复杂的物理化学过程，通常会导致高分子材料的力学性能、光学性能、热学性能等各方面的性能逐渐下降。
了解高分子材料的老化机理是进行防老化研究的基础。
高分子材料耐候老化检测技术
63±3℃ -
24±2.5℃ 63±3℃
63±3℃
63±3℃
使用范围
常用模拟户外 户外纺织品 户外涂层
户外涂层 户外涂层 户内材料
49
碳弧灯老化
ASTM G153非金属材料封闭式碳弧灯曝露试验操作
循环 1
曝露循环条件 102m in光 照 18m in光 照 ＋ 喷 淋
2 100%光照
310
330
350
370
390
Wavelength (nm)
35
Fluorescent 荧光紫外
UVB-313光管广泛使用在 汽车耐候漆的实物室筛选 UVA-340光管广泛使用在 模拟户外自然老化 UVA-351光管普遍使用于 模拟透过窗玻璃太阳光的 老化 独立控制各种老化因素： 辐照度、黑板温度、冷凝 喷淋
配备有日光过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间的比较
42
配备有玻璃窗过滤器的Q-SUN光谱和透过玻璃窗的太阳 光谱之间的比较
43
配备有Q/B扩展紫外线过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间 的比较
44
Irradiance (W/m2/nm) 辐照度
CIRA/SL过滤的氙弧光与日光
日光 涂层红外吸收/ 碱石灰玻璃滤光后氙弧光
30± 5%RH 30± 5%RH
黑板温度 63± 2.5℃
63± 3℃
63± 3℃ -
63± 2.5℃ -
24± 2.5℃ 63± 2.5℃
6 3± 2.5 ℃
83± 3℃ 63± 2.5℃
-
适用范围 常用模拟户外
户内纺织品 户内纺织品
户外涂层
户外涂层
户外涂层 户内材料 户内材料
高分子材料人工加速老化实验有哪些类型
高分子材料人工加速老化实验有哪些类型在高分子材料广泛应用的今天，高分子材料的老化现象已经成为一个非常重要的现实问题。
高分子材料的老化，尤其是在苛刻环境条件下的加速老化，常导致高分子产品过早失效，这不仅造成资源浪费，甚至会因其功能失效酿成更大的事故。
高分子材料的老化失效问题已成为限制高分子材料进一步发展和应用的关键问题之一。
人工加速老化实验是用人工的方法，在室内或设备内模拟近似于大气环境条件或某种特定的环境条件，并强化某些因素，以期在短期内获得实验结果。
其目的是相对快速的测量材料在长期使用中发生的特性改变程度的方法。
如果初步的加速方法不能产生实际使用中发生的老化作用，或在长期实验中没有发现应出现的机理，加速实验就应该重新鉴定，在问题确定和预实验分析阶段取得数据后加以改进。
究竟采用哪种实验方法取决于要测试的材料、材料的最终应用场合、材料遭破坏的模式和财力等方面。
因此，各国标准大都采用这种方法来评价材料的抗老化性能。
人工加速老化实验方法主要包括：耐候性实验、热老化实验(绝氧、热空气热氧化吸氧等实验)、湿热老化实验、臭氧老化实验、盐雾腐蚀实验、耐寒性实验以及抗霉实验等等。
耐候性实验在自然环境下，材料的正常使用寿命统称为耐候性。
在自然环境下评价高分子材料寿命的实验方法有室外老化实验及人工老化实验。
室外老化试验是评价材料实用性最适宜的方法，但引起高分子材料老化是热、光、机械摩擦、化学药品、微生物等因素的综合作用，而其中日照量、风雨等都是难以控制的气候因素，因此实验周期比较长。
在实验室模拟户外气候条件进行加速老化实验是耐候性实验的重要方式。
通常耐候性实验采用气候老化试验箱，该装置采用碳弧灯、氙灯或紫外荧光灯照射模拟日光的紫外线照射，周期性地向试样喷洒盐溶液来模拟降雨及盐粒子的作用，多重环境因子的交替作用构成实验过程。
热老化实验热是促进高聚物发生老化反应的主要因素之一，热可使高聚物分子发生链断裂从而产生自由基，形成自由基链式反应，导致聚合物降解和交联，性能劣化。
26高分子材料的老化性能研究
文章编号：1009-6825（2006）01-0179-02高分子材料的老化性能研究收稿日期：2005-09-27作者简介：谭晓倩（1978-），女，大连理工大学土木水利学院材料学专业硕士研究生，太原理工大学阳泉学院，山西阳泉045000史鸣军（1976-），男，工程师，大连亿达建筑工程有限公司，辽宁大连116000谭晓倩史鸣军摘要：主要综述了高分子材料老化机理及目前国内外各种高分子材料老化试验研究方法。
并在现有的基础上，对高分子材料将来的研究进行了展望。
关键词：高分子材料，老化试验，老化机理中图分类号：T U 502文献标识码：A引言自20世纪提出高分子材料概念以来，高分子材料在短短几十年间已取得惊人的进展。
由于高分子材料具有质量轻、强度高、抗腐蚀性能好，有很好的保护性能，无论是在超高温的工程技术，还是超低温的冷冻技术，也不管是太空的宇航，还是大海的深潜，都离不开高分子材料。
但由于物理、化学、生物霉菌、加工成型方法、组成高分子材料的基本成分、高分子化学结构、聚集态结构及配方条件等往往会导致高分子材料的老化。
高分子的老化失效问题已成为限制高分子材料进一步发展和应用的关键问题之一［1-3］。
目前老化研究主要集中在探讨这些材料老化的规律、机理以及环境因素对材料老化的影响等方面，并取得了一些有价值的结果。
1高分子材料的老化特征高分子材料的老化现象归纳起来有下列4种变化［4］：1）外观的变化：出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、收缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变化；2）物理性能的变化：包括溶解性、溶胀性、流变性能以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化；3）力学性能的变化：包括张力强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松弛等性能的变化；4）电性能的变化：如表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变化。
2高分子材料老化机理2.1游离基反应机理研究表明，高分子材料在光、热和氧共同作用下，老化是一个自动催化过程，主要是按照游离基反应过程进行：链的引发：R H —R・R H +O 2—R ・+H O 2・R ・+O 2—R O 2・链的增加和传递：R O 2+RH —R O O H +R ・R O O H —R O ・+・O HR O O H +R H —R O ・+R ・+H 2O R O ・+R H —R O H +R・链的终止：R ・+R・—R —R R ・+R O 2・—R O O R R O 2・+R O 2・—R O O R +O 2链的阻化：R O O ・（R O ・H O ・等）+A H —R O O H+A ・（A H 为抗氧剂）2.2离子—分子机理这种机理认为聚氯乙烯分解脱H C l 反应的引发，起因在于C —C l 极性键及邻近受其能量活化的C—H 键，使相邻的碳原子上的氢带上部分正电荷，于是在静电吸引力作用下，形成了活化环状体，发生电子的转移，脱出H C l 和在主链上形成双键。
高分子材料分析与检测技术：热老化试验
• （三）试验结果表示 • 试验结果以试样的性能百分率表示：
P AO100 O
P，试样性能变化百分率，％；O，未老化试样的性能初始值；A，老化
后试样的性能测定值。
硬度变化差值计算
HPHAHO
HP，老化后的试样硬度变化差值；HO，未老化试样的硬度初始值； HA，老化后试样的硬度测定值。
• 通过检测暴露前后性能的变化， 评定塑料的耐热老化性能。
• 1．试验装置
• 2．试样 • 试样的形状与尺寸应符合有关塑料性能检测方法的规定。每周期每组试
样一般不少于5个，试验周期数根据检测项目而定，一般不少于5个。 • 3．试验条件 • ①试样在标准环境（正常偏差范围）中进行状态调节； • ②试验温度根据材料的使用要求和试验目的确定； • ③温度均匀性要求温度分布的偏差≤1%（试验温度）； • ④平均风速在0.5～1.0m/s内选取，允许偏差为±20%； • ⑤换气率根据试样的特性和数量在1～100次/h内选取； • ⑥试验周期及期限按预定目的确定取样周期数及时间间隔，也可根据性
• 原则：在不造成严重变形、不改变老化反应历程的前提下，尽可能 提高试验温度，以期在较短的时间内获得可靠的结果。通常选取的 温度上限：对热塑性塑料应低于软化点，热固性塑料应低于其热变 形温度；易分解的塑料应低于其分解温度。温度下限。
• 2．试验箱温度变动、风速、换气率的影响
• ①温度的变动是影响热老化结果最重要的因素
• （二）试验步骤 • 1．安装试样 • 将试样按自由状态垂直挂在氧气压力容器内 • 为防止橡胶配合剂迁移污染，应避免不同配方试样在同一
容器内进行试验。 • 2．仪器预热、进行测试 • 接通电源，加热,试验温度恒定时，充入氧气，开始计算老
高分子材料耐候老化测试技术-SGS
UVA-351光管普遍使用于 模拟透过窗玻璃太阳光的 老化
独立控制各种老化因素： 辐照度、黑板温度、冷凝 喷淋
35
Xenon Arc氙弧灯
第一台氙灯发明于1954年。
氙弧灯是一种石英球罩密封的精确气体放电灯， 使用滤光片调节光谱能量分布以模拟各种自然日 光。
辐照度E：单位表面积上辐射通量，w/m2 如常见的0.68 w/m2
光谱辐照度Eλ：用波长为函数表示的辐照强度,w/m2.nm 如,0.77 w/m2.nm@340nm, 45 w/m2@300~400nm
辐射量H：辐射的时间累积，H=∫Edt (J/m2) 如,广州的年平均总辐射量为4590 MJ/ m2
8
Relative Photon Energy 相对光能
辐射能与波长的关系
E = hν = h c/λ
E = Energy 辐射能 h = Planck’s Constant 普朗克常 ν = Frequency 频率 c = Velocity 光速 λ = Wavelength 波长
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
22
人工加速耐候设备的选择
Carbon Arc 碳弧灯 Fluorescent 荧光紫外灯 Xenon Arc 氙弧灯 Solar 全日光模拟（金属卤化物灯）
23
Cabon Arc碳弧灯
碳弧灯是早期的人工耐候老化测试设备，它通过 燃烧碳棒成为光源。
封闭式碳弧灯（UV型） 开放式碳弧灯（Sunshine型）
51
试验标准的选择
可根据样品的类别选用相关标准 如：ASTM D4587专门针对油漆及相关涂层 ASTM D4329则针对塑料类产品