研究高分子材料的老化試驗(yàn)方法有哪些？

目前，研究高分子材料的老化試驗(yàn)方法有很多，主要包括氣候老化試驗(yàn)，紫外老化試驗(yàn)，臭氧老化試驗(yàn)，熱空氣老化試驗(yàn)，高低溫交變老化試驗(yàn)，濕熱老化試驗(yàn)，介質(zhì)老化試驗(yàn)，鹽霧老化試驗(yàn)等。

 

1、氣候老化試驗(yàn)

 

所謂氣候老化試驗(yàn)就是將高分子材料試驗(yàn)樣品暴露于大氣環(huán)境條件下，從而獲得材料樣品在大氣環(huán)境暴露下的老化規(guī)律，對(duì)高分子材料的性能進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)其使用壽命的一種研究方法。

 

氣候老化試驗(yàn)又可以分為兩種：

 

其中一種便是自然暴露試驗(yàn)，即將高分子材料試驗(yàn)樣品暴露于真實(shí)的大氣環(huán)境下，以獲得材料在真實(shí)環(huán)境下的老化行為，這種老化試驗(yàn)方法所獲得的老化信息尤為準(zhǔn)確，是獲得高分子材料老化行為的尤為有效的方法，但是這種試驗(yàn)方法周期時(shí)間太長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在美國(guó)的佛羅里達(dá)州、中國(guó)的萬(wàn)寧、漠河以及武漢等地都有人進(jìn)行過為期超過一年的大氣暴露試驗(yàn)。

 

另外一種便是人工氣候老化試驗(yàn)，人工氣候老化試驗(yàn)即是指人通過在室內(nèi)對(duì)真實(shí)大氣環(huán)境條件進(jìn)行模擬或者是加強(qiáng)某一環(huán)境因素以在短時(shí)間內(nèi)獲得材料老化行為的老化試驗(yàn)方法，這又被稱為人工模擬老化或者人工加速老化。人工氣候老化通常是在人工氣候老化箱內(nèi)進(jìn)行的。通常使用的人工氣候老化箱主要有氙燈氣候老化老化箱、熒光燈氣候老化試驗(yàn)箱以及碳弧燈氣候老化試驗(yàn)箱等。這幾種氣候老化試驗(yàn)箱都是從光照、溫度、濕度、雨水或者凝露等主要?dú)夂蛞蛩貙?duì)自然環(huán)境因素進(jìn)行模擬或加強(qiáng)而實(shí)現(xiàn)材料老化的。此外，材料的老化試驗(yàn)還要依據(jù)一定的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開展。

 

2、紫外老化試驗(yàn)

 

太陽(yáng)光中的紫外光，由于其所具備的光能與高分子化學(xué)鍵的鍵能相當(dāng)，能夠引起高分子化合物鏈的斷裂，是導(dǎo)致高分子材料老化降解的主要因素。紫外老化試驗(yàn)即是指將高分子材料老化試驗(yàn)樣品置于紫外光場(chǎng)下，進(jìn)行暴露，從而獲得高分子材料老化行為及規(guī)律的試驗(yàn)方法。通常紫外老化試驗(yàn)會(huì)規(guī)定，紫外區(qū)及輻照強(qiáng)度，比如40W/m2，在300nm—400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)等。紫外老化試驗(yàn)所使用的光源通常有氙燈、熒光燈、氚燈以及氘燈等，其中氙燈能夠很好的模擬太陽(yáng)光譜，熒光燈能夠很好的模擬太陽(yáng)光中的紫外光譜，氚燈所提供的能量較強(qiáng)，一般用于做加速老化試驗(yàn)。

 

3、臭氧老化試驗(yàn)

 

臭氧是大氣中及其稀少的氣體，但是其卻對(duì)高分子材料的破壞力較強(qiáng)，臭氧能夠與高分子材料化學(xué)結(jié)構(gòu)中的不飽和鍵以及還原性基團(tuán)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致高分子材料發(fā)生氧化降解，從而失去使用價(jià)值。尤其是對(duì)于含有雙鍵的橡膠材料，表現(xiàn)出較強(qiáng)的破壞力。臭氧具有很強(qiáng)的活性，它能夠分解出活性更強(qiáng)的原子氧，與橡膠分子中的雙鍵進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致橡膠發(fā)生老化，出現(xiàn)龜裂、變脆等現(xiàn)象。高分子材料的臭氧老化試驗(yàn)通常在臭氧老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，臭氧由臭氧發(fā)生器提供，其濃度可通過混合器與空氣混合進(jìn)行調(diào)節(jié)，臭氧的濃度一般根據(jù)材料實(shí)際使用所處的環(huán)境條件來(lái)確定。另外，臭氧老化箱內(nèi)的溫度、濕度等因素也可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到試驗(yàn)的目的，獲取材料的耐臭氧老化性能以及臭氧老化行為與規(guī)律。

 

4、熱空氣老化試驗(yàn)

 

熱是導(dǎo)致高分子材料發(fā)生老化的主要因素之一，熱可以加速高分子鏈的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致高分子鏈的斷裂，產(chǎn)生活性自由基，使其發(fā)生自由基鏈反應(yīng)，導(dǎo)致高分子發(fā)生降解或交聯(lián)，熱空氣老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料，研究高分子材料耐老化性能的主要試驗(yàn)方法之一，通常在恒溫鼓風(fēng)干燥試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行。干燥箱內(nèi)溫度可根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行設(shè)定，高分子材料暴露于干燥性內(nèi)定期取樣，進(jìn)行測(cè)試，以獲取高分子材料的老化行為與規(guī)律，從而有針對(duì)性的對(duì)高分子材料進(jìn)行改性，提高其使用性能。

 

5、溫度交變老化試驗(yàn)

 

溫度是導(dǎo)致高分子材料老化的又一重要因素，對(duì)于高分子膠黏劑而言，高溫可以加速高分子膠黏劑鏈的運(yùn)動(dòng)速率，低溫則可以導(dǎo)致高分子膠黏劑產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，高低溫交變導(dǎo)致高分子膠黏劑發(fā)生鏈的斷裂，發(fā)生老化降解。對(duì)于橡膠而言，高溫可加速分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)，使橡膠發(fā)生交聯(lián)，低溫可導(dǎo)致橡膠分子鏈的凍結(jié)，使其變脆，彈性下降，發(fā)生老化。高低溫交變老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料耐溫性能的老化試驗(yàn)方法，通常在溫度交變老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，從某一溫度T1（一般為室溫）以恒定的升溫速率升溫至某一溫度T2，維持T2溫度一定時(shí)間，然后再以恒定的降溫速率，降溫降至某一溫度T3，維持T3溫度一定時(shí)間，然后在升溫至T1，此為一個(gè)溫度循環(huán)。循環(huán)周期長(zhǎng)短，可根據(jù)具體試驗(yàn)要求而定。

 

6、濕熱老化試驗(yàn)

 

濕熱老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料在高濕、高溫環(huán)境下耐老化性能的有效方法。在高濕度環(huán)境下，水分能夠滲透到高分子材料內(nèi)部，導(dǎo)致高分子材料發(fā)生溶脹，部分親水性基團(tuán)發(fā)生水解，導(dǎo)致高分子材料發(fā)生老化降解。另外，水分滲入到高分子材料內(nèi)部，還能夠?qū)е赂叻肿硬牧蟽?nèi)部的添加劑，如增塑劑、配合劑以及其它物質(zhì)的溶解與遷移，影響高分子材料的機(jī)械性能。在高熱的作用下，熱又可以促進(jìn)水分的這種滲透作用，熱促進(jìn)高分子鏈運(yùn)動(dòng)加劇，分子間作用力減小，促進(jìn)了水分的滲透作用，加速了高分子材料的降解。不同的高分子材料有不同的配方，所以他們的濕熱老化機(jī)理也不盡相同，濕熱老化試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)要根據(jù)不同的高分子材料，選用不同的老化標(biāo)準(zhǔn)。濕熱老化試驗(yàn)通常在濕熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，溫度和濕度可以根據(jù)試驗(yàn)要求自行設(shè)定。

 

7、介質(zhì)老化試驗(yàn)

 

某些高分子材料在使用的過程中要長(zhǎng)期在某種介質(zhì)中浸泡，比如長(zhǎng)期從事海上作業(yè)或海底作業(yè)的裝備上的高分子材料要長(zhǎng)期在海水中浸泡，航空飛機(jī)某些部件要長(zhǎng)期接觸航空燃油等，這都要求高分子材料擁有較強(qiáng)的耐介質(zhì)老化性能。耐介質(zhì)老化老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料耐介質(zhì)老化性能，預(yù)測(cè)其在某種介質(zhì)中的壽命等常用的一種試驗(yàn)方法。老化試驗(yàn)所使用的介質(zhì)，可以根據(jù)高分子材料具體所使用的環(huán)境進(jìn)行配制，可以是人造海水、鹽水、雨水、酸堿溶液、燃油以及其它有機(jī)溶劑等等。