塑料热老化试验方法检测

塑料热老化试验方法检测项目详解

塑料材料在长期高温环境下使用时，其性能会发生不可逆的变化，即热老化。为评估材料在特定温度下的长期使用可靠性或寿命，需要进行热老化试验。以下是该方法的关键检测项目：

一、 核心检测项目 (性能变化评估)

1. 外观与物理状态变化：

   • 颜色变化： 观察并量化样品表面颜色的改变（如泛黄、变深、褪色），通常使用色差仪测量色差值（ΔE）。
   • 表面状态： 检查样品表面是否出现失光、粉化、龟裂、裂纹、银纹、起泡、粘连、变形、起皱、迁移析出（如增塑剂）等现象。
   • 尺寸变化： 测量样品在特定方向上（长度、宽度、厚度）的收缩或膨胀率，评估尺寸稳定性。

2. 机械性能变化 (核心指标)：

   • 拉伸性能：
     • 拉伸强度： 材料抵抗拉伸破坏的最大应力。
     • 断裂伸长率： 材料断裂时的伸长百分比，反映韧性。
   • 冲击性能：
     • 简支梁/悬臂梁冲击强度： 评估材料在高速冲击载荷下的韧性（脆性转变尤为重要）。
   • 弯曲性能：
     • 弯曲强度： 材料在弯曲负荷下破坏时的最大应力。
     • 弯曲模量： 材料在弯曲时抵抗弹性变形的能力。
   • 硬度： 常用邵氏硬度（Shore A/D）或洛氏硬度，反映材料表面抵抗局部压入的能力变化。

3. 化学与物理化学性能变化：

   • 氧化诱导期： 通过热分析技术测量材料在高温氧气中开始发生剧烈氧化的时间，反映抗氧化剂的消耗程度及材料的氧化稳定性。
   • 熔融指数/熔体流动速率： 测试熔融状态下塑料的流动性能，可反映分子链降解（升高）或交联（降低）的程度。
   • 玻璃化转变温度： 使用热分析技术测量，可能因分子链结构变化（如降解、交联）而发生偏移。
   • 红外光谱分析： 检测特征官能团（如羰基）的变化，分析降解机理（如氧化、水解）。计算羰基指数是常用方法。
   • 质量变化： 精确称量样品在老化前后的质量变化，可能源于挥发份损失（增塑剂、小分子产物）、氧化增重或吸水等。

4. 其他性能变化（根据材料用途选择）：

   • 电性能： 如介电强度、体积电阻率、表面电阻率（对绝缘材料至关重要）。
   • 光学性能： 透光率、雾度（对透明或光学材料重要）。
   • 特定功能性能： 如密封材料的密封性能、阻隔材料的透气透湿性等。

二、 试验设计关键要素

• 温度选择： 基于材料的实际使用温度或预期最高温度设定，通常选择高于使用温度的温度点以加速老化。温度是影响老化速率的关键因素。
• 时间设置： 在选定温度下设置多个不同的老化时间点（如0h, 24h, 72h, 168h, 500h, 1000h等），形成老化时间序列。
• 老化环境：
  • 空气循环烘箱： 最常用，提供强制空气循环，保证温度均匀性。
  • 氧气浓度： 标准试验通常在空气（~21% O2）中进行。特殊需求可考虑富氧或惰性气体环境。
  • 相对湿度： 标准热老化通常控制低湿度（<10% RH）。如需考察湿热老化，需单独控制湿度。
• 样品制备：
  • 样品应具有代表性，并按相关标准规定制备（如注塑、压塑、裁切）。
  • 测试前样品需进行状态调节。
• 对照样： 保留未老化的原始样品作为性能比较的基准。
• 取样与测试： 在设定的各个时间点取出样品，冷却至室温并状态调节后，按标准方法测试选定项目的性能。

三、 结果分析与判定

1. 数据记录与处理： 详细记录各老化时间点样品的各项性能测试数据。
2. 性能变化曲线： 绘制各项关键性能（如拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度）随老化时间变化的曲线图。
3. 性能保持率： 计算各老化时间点的性能值相对于原始性能值的百分比（保持率%）。这是最常用的评价指标。 性能保持率(%) = (老化后性能值 / 原始性能值) × 100%
4. 失效判据： 根据材料应用要求设定关键性能的失效阈值（如拉伸强度保持率降至50%、断裂伸长率降至50%、出现肉眼可见开裂等）。
5. 寿命预测： 通过在不同温度点进行系列老化试验，基于阿伦尼乌斯方程等模型，外推材料在较低使用温度下的使用寿命（时间-温度叠加原理）。

总结：

塑料热老化试验的核心在于通过高温加速老化暴露材料潜在的退化模式，并通过系统性地检测一系列物理、机械、化学性能指标的变化来量化其耐热老化性能。选择合适的检测项目（特别是关键的机械性能指标和外观变化）、精确控制老化条件（温度、时间、气氛）、使用标准化的测试方法进行比较，是获得可靠评估结果的关键。检测项目的选择需紧密结合材料的实际应用场景和关键性能要求。结果分析侧重于性能随时间变化的规律和保持率的计算，为材料的选型、质量控制和寿命预测提供重要依据。