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高分子材料壽命知多少(一)---壽命預估方法簡介

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福建泉港碳九的泄漏事故導致海洋及空氣受到了短時間的污染影響,漁民損失幾百萬,相關人員被追究責任,事故后續不斷發酵,造成的后果十分嚴重。而這次碳九泄漏的直接原因是,船舶與碼頭連接的裝卸軟管處墊片(高分子材料)發生了老化失效。由此可見,高分子材料在儲存、運輸和使用過程中會受到陽光輻射、溫度、濕氣、氧氣等環境條件影響,容易發生老化使其性能降低,甚至失去使用價值。應用在工程及交通領域中的材料,一旦失去使用價值,可能會造成致命的安全事故。

壽命預估測試的目的

對使用的材料提前進行一個壽命周期評估,可以對產品進行定期更換及維護,避免安全事故和財產損失,這是做高分子材料壽命預估的根本目的。

高分子材料壽命預估應用領域:

塑料管材電線電纜膠黏劑
塑膠汽車用品橡膠墊片及橡膠管橡膠油管

壽命預估測試的方法

通常采用自然老化法和人工加速老化法。自然老化法是評估材料壽命最直接的方法,也是最可靠的方法,但時間太長,人工加速老化實驗的周期短,常用做高分子材料的壽命研究。

人工加速老化實驗,美信的工程師主要采用復合環境因素下高分子材料的老化失效規律的預測和推算:

a.基于復合環境因素加速老化試驗,獲得高分子材料在不同加速條件下的壽命特征指標失效-老化時間關系(曲線或表格);

b.通過阿倫尼烏斯公式、倒易法則以及疊加法則計算相應復合加速因子;

c.利用該加速因子,將加速條件下的失效表格或者曲線推算至正常使用環境(多老化因素) 下的老化失效曲線,從而實現了聚合物材料的老化失效規律的預測。

優勢:這種方法周期短,重復性好,理論推導簡單,預測可靠性高。

其中,

●壽命特征指標:

壽命性能具體指標
表觀性能黃色指數、表面光澤度或表面粗糙度
機械性能斷裂伸長率、拉伸強度、楊氏模量或斷裂點應力
阻燃性能煙密度、極限氧指數或點燃溫度
電性能體積電阻率或表面電阻率
分子結構分子量、羰基指數或表面化學基團含量
結晶結構結晶度或長周期
備注:確定高分子材料的壽命特征指標時,選擇以上至少一個指標。

●復合加速因子α;:

X ——除溫度外的老化條件;

p ——與材料有關的常數;

Ea——降解表觀活化能;

R ——氣體常數;

T ——老化溫度。

●壽命特征指標-老化時間曲線舉例(羰基指數與老化時間的關系)

注:■實際自然老化    人工加速老化×25.68

1、羰基指數是高分子材料氧化老化的指標,采用FTIR來觀察和定期記錄。

2、加速老化乘以加速因子(α=25.68)后所得到的該高分子材料的預估壽命。對比發現,實驗推算的高分子材料的預估壽命與實際自然老化失效的壽命匹配度較高。