非金屬的老化檢驗

2022-06-08 10:39:04
來源：摩爾股份
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簡介

西安摩爾石油工程實驗室股份有限公司開展非金屬材料及制品的物理性能、機械性能、耐老化性能和耐化學介質(zhì)性能等方面的檢測，在非金屬材料老化檢驗方面于2016年8月份取得CNAS資質(zhì)，可進行熱老化、紫外老化等試驗，共計完成的老化檢測項目超10項。

什么是非金屬老化

在高分子材料的使用過程中，由于受熱、氧、水、微生物、化學介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用，高分子材料的化學組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列變化，物理性能也會相應(yīng)變壞，如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強度等，這些變化和現(xiàn)象稱為老化。非金屬材料老化的本質(zhì)是其物理結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)的改變。

老化的原因及影響因素

橡膠、塑料和涂層發(fā)生老化的主要原因是結(jié)構(gòu)或組分內(nèi)部具有易引起老化的弱點，如具有不飽和雙鍵、過氧化物、支鏈、羰基、末端上的羥基等等，總體來說是一種內(nèi)外因素綜合的結(jié)果。

引起老化的影響因素：

溫度

隨著溫度升高，高分子鏈的運動加劇，一旦超過化學鍵的離解能，就會引起高分子鏈的熱降解或基團脫落。
濕度

濕度對高分子材料的影響可歸結(jié)于水分對材料的溶脹及溶解作用，使維持高分子材料聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的分子間作用力改變，從而破壞材料的聚集狀態(tài)。
氧氣

氧首先進攻高分子主鏈上的薄弱環(huán)節(jié)，形成高分子過氧自由基或過氧化物，分子鏈發(fā)生斷裂或過度交聯(lián)，引起非金屬材料性能的改變。
光老化

聚合物受光的照射，是否引起分子鏈的斷裂，取決于光能與離解能的相對大小及高分子化學結(jié)構(gòu)對光波的敏感性。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。
機械應(yīng)力

在機械應(yīng)力的反復(fù)作用下，會使聚合物分子鏈斷裂生成游離基，引發(fā)氧化鏈反應(yīng)，形成力化學過程。機械斷裂分子鏈和機械活化氧化過程，哪個占優(yōu)，視其所處的條件而定。此外，應(yīng)力作用下容易引起臭氧龜裂。
化學介質(zhì)

化學介質(zhì)只有滲透到高分子材料的內(nèi)部，才發(fā)揮作用，這些作用包括對共價鍵的作用與次價鍵的作用兩類。共價鍵的作用表現(xiàn)為高分子鏈斷裂、交聯(lián)、加成或這些作用的綜合，這是一個不可逆的化學過程；化學介質(zhì)對次價鍵的破壞，使得材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導致其物理性能發(fā)生相應(yīng)改變。
生物老化

聚合物材料長期處于某種環(huán)境中，微生物的進化能夠分解高聚物，從而使得高分子材料的物理和化學性能發(fā)生變化。

適用的非金屬種類

發(fā)生老化的非金屬種類包括：

橡膠
涂層
塑料

老化檢驗的方法和設(shè)備

1.橡膠老化的檢驗方法

（1）自然老化試驗方法

橡膠試片在拉伸狀態(tài)下，放置于室外自然環(huán)境下，經(jīng)長時間日曬雨淋后，觀察、測定和比較前后的性能變化，這種方法雖然逼真度高，對實際狀況的模擬性強，但花費的時間較長，一般作為輔助參考。

（2）人工加速試驗方法

在室內(nèi)或設(shè)備內(nèi)模擬近似于大氣環(huán)境或某種特定的環(huán)境條件，并強化某些因素，以期在短期內(nèi)獲得實驗結(jié)果，可以相對地比較不同材料的抗老化性。人工加速老化實驗方法主要包括：人工氣候試驗、熱老化試驗（絕氧、熱空氣、熱氧化、吸氧等試驗）、臭氧老化試驗、氣體腐蝕試驗等。

其中熱老化試驗依據(jù)GB/T 3512-2014/ISO 188:2011標準，紫外老化試驗依據(jù)GB/T 3512-2014、GB/T14522-2008標準，利用紫外燈輻射試驗，并將試驗暴露于一定濕度和溫度下，放置一段時間檢測試樣性能變化、耐候性。

2.涂層老化的檢驗方法

（1）天然曝露法

直接曝露于自然環(huán)境下，考察涂層在特定環(huán)境下的耐候性，通常天然曝露實驗采用的標準有GB/T 9276-1996《涂層自然氣候暴露實驗方法》和ISO 2810:2004《色漆和清漆涂層自然老化曝露及評定》。

（2）人工加速試驗方法

人工加速試驗利用實驗箱模擬自然氣候作用。與自然條件的天然曝露試驗相比，人工加速試驗僅涉及光強、溫度、噴淋、濕度等幾個有限因素，并對這幾個因素進行控制調(diào)節(jié)，從而達到加速老化試驗的目的。

3.塑料老化檢驗方法

（1）自然老化試驗方法

將塑料材料安裝在固定角度或隨季節(jié)變化角度的試驗架上，在自然環(huán)境中長期曝露，這種曝露通常用來評定環(huán)境因素對材料各種性能的作用。

（2）人工加速老化試驗方法

包括熱老化、臭氧老化、光老化、人工氣候老化、光臭氧老化、生物老化。摩爾檢驗中心依據(jù)GB/T 7141-2008對塑料進行熱老化試驗。

4.老化試驗設(shè)備

摩爾檢驗中心擁有紫外老化試驗箱、換氣式熱老化試驗箱、智能型鹽霧試驗箱等模擬各種工況的人工加速老化試驗設(shè)備。下圖1為摩爾檢驗中心的紫外老化試驗箱，可模擬紫外光、水汽、凝露等自然環(huán)境，主要檢測材料耐紫外光老化性能；下圖2為檢驗中心的換氣熱老化試驗箱可以模擬熱氣流、轉(zhuǎn)速等環(huán)境，主要檢測材料耐熱老化性能。下圖3為檢驗中心的智能鹽霧試驗箱，主要檢測材料耐鹽霧腐蝕老化性能。