非金屬的老化檢驗

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，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、化學介質等環境因素的綜合作用，高分子材料的化學組成和結構發生一系列變化，物理性能也會相應變壞，如發硬、發粘、變脆、變色、失去強度等，這些變化和現象稱為老化。非金屬材料老化的本質是其物理結構和化學結構的改變。

老化的原因及影響因素

       橡膠、塑料和涂層發生老化的主要原因是結構或組分內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，總體來說是一種內外因素綜合的結果。

   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結構的分子間作用力改變，從而破壞材料的聚集狀態。

氧氣氧首先進攻高分子主鏈上的薄弱環節，形成高分子過氧自由基或過氧化物，分子鏈發生斷裂或過度交聯，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構對光波的敏感性。對橡膠起破壞作用的是能量較高的紫外線。

機械應力在機械應力的反復作用下，會使聚合物分子鏈斷裂生成游離基，引發氧化鏈反應，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，視其所處的條件而定。此外，應力作用下容易引起臭氧龜裂。

化學介質化學介質只有滲透到高分子材料的內部，才發揮作用，這些作用包括對共價鍵的作用與次價鍵的作用兩類。共價鍵的作用表現為高分子鏈斷裂、交聯、加成或這些作用的綜合，這是一個不可逆的化學過程；化學介質對次價鍵的破壞，使得材料的聚集態結構發生改變，導致其物理性能發生相應改變。

生物老化聚合物材料長期處于某種環境中，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生變化。

適用的非金屬種類

   發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下，放置于室外自然環境下，經長時間日曬雨淋后，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

       在室內或設備內模擬近似于大氣環境或某種特定的環境條件，并強化某些因素，以期在短期內獲得實驗結果，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GB/T 3512-2014/ISO 188:2011標準，紫外老化試驗依據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

       直接曝露于自然環境下，考察涂層在特定環境下的耐候性，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節，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變化角度的試驗架上，在自然環境中長期曝露，這種曝露通常用來評定環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GB/T 7141-2008對塑料進行熱老化試驗。

4.老化試驗設備

       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、轉速等環境，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。

圖1.紫外老化試驗箱

圖2.換氣式熱老化試驗箱

圖3.智能型鹽霧試驗箱

老化檢驗指標

橡膠老化的檢驗指標（1）  拉伸強度或拉伸應力（2）  斷裂伸長率（3）  硬度變化（4）  壓縮變形（5）  回彈性

涂層老化的檢驗指標（1）  老化前后的光澤度（2）  抗沖擊和抗彎曲性（3）  老化前后的色差（4）  老化前后的粉化（5）  老化前后的開裂（6）  老化前后的起泡（7）  老化前后的銹點（8）  老化前后的剝落（9）  老化前后的斑點（10）老化前后的泛金程度（11） 老化前后的沾污程度

塑料老化的檢驗指標（1）  斷裂伸長率或斷裂強度（2）  熱暴露后時間-溫度的極限（3）  拉伸強度（4）  模量（5）  結晶度（6）  顏色（7）  分子量（8）  硬度

 

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