塑料熱老化試驗方法

塑料熱老化試驗方法
氙燈老化試驗箱被認為是目前模擬性最好的一種人工氣候老化試驗方法?？梢栽谳^短的時間內獲得近似于自然氣人工氣候老化試驗是采用模擬和強化大氣環境中主要氣候因素（光、熱、濕）的一種人工加候老化試驗的結果。氙燈試驗光源是目前模擬性最好的一種光源，氙燈老化試驗箱在紫外區和可見區的光譜能量分布與太陽光的光譜能量分布近似，氙燈發出的輻射經過濾光器，過濾掉波長290nm以下較短的紫外光波和波長1200nm以上的紅外光波，使到達試樣表面的光譜接近太陽光的光譜。

氙燈老化試驗箱選擇科賽德品牌采用能摸擬全陽光光譜氙弧燈來現不同環境下存在的破壞性光波：
1.可以為科研、產品開發和質量控制提供相應的環境模擬和加速試驗。
2.可用于新材料的選擇、改進現有材料或評估材料組成變化后耐用性的變化試驗。
3.可以很好的模擬在不同環境條件下，材料暴露在陽光下所產生的變化。
4.若試驗樣品不大或不多，建議使用臺式氙燈，可以達到同樣的效果。

1? 范圍
本標準規定了塑料僅在不同溫度的熱空氣中暴露較長時間時的暴露條件。本標準僅規定了熱暴
露的方法，而未對試驗方法或試樣進行規定。
熱對塑料任何性能的影響都可以通過選擇適合的試驗方法和試樣來測定，本標準推薦使用ASTM D3826標準來測定脆化終點，脆化終點是指在0.1 mm/min的初始應變速率下，當75%的被測試樣斷裂伸長率為5%或更小值時，材料即達到其脆化終點。
本標準給出了比較材料熱老化性能的導則，這些性能通過某相關性能的變化來測定（也就是說，脆
化性能通過伸長率的減少來測定）本標準適用于評價使用時易氧化的塑料。
按照本標準得到的結果受到所用熱老化試驗箱類型的影響使用者可以選擇兩種方法中的一種進行熱老化試驗箱暴露。基于這兩種方法的結果不應相互混淆。
方法A：重力對流式熱老化試驗箱——推薦用于標稱厚度不大于0.25 mm的薄型試樣。
方法B:強制通風式熱老化試驗箱——推薦用于標稱厚度大于0.25 mm的試樣。
本標準介紹了在單一溫度下比較材料熱老化性能的方法。
本標準還描述了材料在一系列溫度下測定熱老化性能的方法，以此來估計在某更低溫度下材料發生規定特性變化所需的時間。本標準沒有預計應力、環境、溫度和控時失效等因素相互作用時的熱老化性能。
本標準沒有涉及相關安全性的說明，即使有也僅與其應用有關。本標準的使用者在使用前有責任建立適用的安全和健康規范，并確定應用規章限制。
注：沒有等同于本標準的ISO標準。
規范性弓l用文件
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注明日期的引用文件，其隨后所
有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的版本。凡不注明日期的引用文件，其版本適用于本標準。
GB/T 2035 塑料術語及其定義(GB/T 2035-2008 IS0 472:1999，IDT)
GB/T 2918 塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境(GB/T 2918-1998 idt IS0 291：1997)
GB/T 7142 塑料長期熱暴露后時間一溫度極限的測定(GB/T 7142-2002 IS0 2578：1993，
MOD)。
GB/T 11026. 4-1999? 確定電氣絕緣材料耐熱性的導則? 第4部分：老化烘箱? 單室烘箱
(idt IEC 60216-4-1:1990)。
IS0 16014-2? 塑料——體積排斥色譜法測定平均分子量及分布? 第2部分：通用校正法
ASTM D3826:1998(2002)? 用拉伸試驗測定聚乙烯和聚丙烯降解最終老化點的測定。
3術語和定義GB/T 2035的術語和定義適用于本標準。
4意義和應用：由于按本標準所獲得結果與實際使用環境的相關性沒有被確定，因此，這些結果僅用于比較和評級。
在熱環境下暴露的可降解塑料可能發生多種物理和化學變化暴露時間的長短和溫度的高低決定了發生變化的程度和類型高溫短暴露周期通常就足以縮短可氧化降解塑料的誘導期，這個過程會發生抗氧劑和增塑劑的消耗物理性能如拉伸強度、沖擊強度、伸長率和模量可能在誘導期內引起變化；然而，這些變化通常不是由于分子量的降低，而僅僅是一種隨溫度變化的響應，如結晶度增加或揮發物減少或二者同時發生。
4.3一般情況下，塑料在高溫下的短期暴露會釋放出易揮發物質，如水分、溶劑或增塑劑；減少模塑應
力；增進熱固性塑料固化；提高結晶度；并使增塑劑或著色劑或二者均發生顏色變化。通常，隨著揮發物的減少或進一步的聚合反應將會出現進一步收縮。
4.4某些塑料，如PVC，可能會由于增塑劑的損失或聚合物分子鏈的斷裂而變脆。聚丙烯及其共聚物
在分子發生降解時往往會變得非常脆，而聚乙烯則會在拉伸強度和伸長率變小和脆化之前變柔軟。

5.2熱老化試驗箱
5.2.1方法A：重力對流式熱老化試驗箱——推薦使用標稱厚度不大于o．25 mm的試樣。熱老化試驗箱裝置應與GB/’T 11026. 4-1999 -致（不帶強制空氣循環）。
5.2.2方法B：強制通風式熱老化試驗箱——推薦使用標稱厚度大于o．25 mm的試樣。
熱老化試驗箱裝置應與GB/T 11026. 4-1999一致（帶強制空氣循環），采用（50士10）次／h的換氣率及箱內保持均勻的試驗溫度推薦使用監測暴露溫度和濕度的記錄儀器。
5.3試樣架：試樣架的設計應確保試樣周圍的空氣流通。
5.4試驗儀器：用于根據相應的國家標準測定選定的一種性能或多種性能。
6試樣
6.1所需試樣的數量和類型應符合檢測特定性能的相應國家標準的規定，在所選的每個周期和溫度下
均應滿足該要求。在所選的每個周期和溫度下每種材料至少暴露三個平行試樣，除非另有規定或所有
相關方另有商定。
6.2試樣厚度應相當于但不大于預期應用中的最小厚度。
6.3試樣的制作方法應與其在預期應用中的相同。
6.4一系列溫度的所有試驗試樣均應為同一批次。
8.4根據適用的試驗方法測試一組非暴露試樣的選定性能，包括狀態調節。
8.5將試樣安裝在試樣架上，并將試樣架放在熱老化試驗箱內確保試樣的兩面均暴露在氣流中。為了
使熱老化試驗箱內溫度變化的影響最小，建議周期性地調整試樣或試樣架的位置。
8.6? 在規定的溫度下將留存的系列試樣在選定的時間區間內暴露。暴露后按照規定的方法調節這些
試樣，然后進行測試。如果預期有非加熱的老化影響，那么應對一組未進行熱暴露的老化平行試樣進行
調節和測試。
9? 結果計算
9.1? 當材料在單一溫度下進行比較時，應使用方差分析比較每種材料在每個暴露時間的被測性能數據
的平均值。使用每一種被比較材料的每組平行測定結果進行方差分析。推薦使用置信度為95%的F
統計量確定方差分析結果的有效性。
9.2? 當在一系列不同的溫度下進行材料比較時，應采用以下方法分析數據，并估算在更低溫度下達到
預定性能變化水平所需的暴露時間。該時間能夠用于材料溫度穩定性的基本評定，或用作在選定溫度
下的預期使用壽命的估計。
9.2.1? 繪制所有采用溫度下暴露時間對被測性能的函數曲線。曲線應按照圖1繪制，橫坐標為時間的
對數，縱坐標為被測性能值。
圖1 典型的熱老化藍線——延長率對時間（示例）
9.2.2 使用回歸分析確定暴露時間的對數與被測性能的關系。使用回歸方程確定達到性能變化預定
水平所需的暴露時間。
一個可接受的回歸方程應滿足廠2≥80%。與老化時間相對的殘差（利用回歸方程預測的性能保留值減去實測值）曲線應是隨機分布。不推薦使用圖解法來估算達到性能變化預定水平所需的時間。
9.2.3? 以達到性能變化預定水平所需時間（通過可接受的回歸方程確定）的對數與每次暴露所用
溫度倒數(1/T，溫度單位K)的函數繪制曲線。其典型曲線（眾所周知的阿累尼烏斯曲線）如圖2所示。
用回歸分析來確定時間的對數與溫度倒數關系的方程。一個可接受的回歸方程應滿足9.2.2中描
述的要求。
/
圖2典型的阿累尼烏斯曲線——老化時間的對數對溫度倒數
9.2.4使用達到規定性能變化水平所需時間的對數與溫度倒數的函數方程，來確定在所有相關方
商定的預選溫度下達到此性能變化的時間。
9.2.5使用時間的95%置信區間來計算特定性能的變化量。標準誤差通過對某一溫度下的估算時間進行回歸分析獲得，回歸分析在大多數應用軟件包中可獲得，95%的置信區間可由計算時間士（2×估計時聞的標準誤差）確定。
10試驗報告試驗報告中應包括以下內容：
a)材料、型號和進行暴露的塑料厚度以及試樣加工方法；
b)采用的預調節和后調節方法；
c)性能評價所采用的試驗方法；
d)試樣的所有可見變化；
e)所采用的方法，A或B；
f)所采用的暴露溫度和每個溫度下的暴露周期；
g)暴露過程中熱老化試驗箱的濕度；
h)熱老化試驗箱內空氣流動的線速度；
i)方差分析的結果，在單一溫度下每種材料每個暴露周期的結果比較；
j)當在一系列溫度下進行暴露時，應在報告中記錄每種被測材料的以下內容：
1)根據9. 2.1和9.2.3繪制的圖表；
2)所用每個溫度下性能對暴露時間函數的回歸方程；
3)達到規定性能變化的時間對溫度倒數函數的回歸方程；
4)每種被測材料在選定溫度下達到規定性能變化的估算時間；
5)對于每種被測材料在選定溫度下達到特定性能變化時間，取時間的95%置信區間來計算特定性能的變化量（按照9.2.5計算）。
11精密度和偏倚
沒有適用于本標準的精密度和偏倚描述。然而，在處理與本標準聯合使用的其他方法所得數據時，應考慮對暴露試樣進行的不同試驗方法和分析方法所引入的精密度和偏倚。

氙燈老化試驗箱結構特點：
1.淋通風冷卻裝置：試驗箱溫度通風冷卻系統由溫控儀自動控制。
2.淋雨系統：設備的淋雨系統由水泵，時間繼電器，噴嘴等組成部分，噴灑周期可調。
3.采用光纖傳輸測量氙燈輻射強度，避免因溫度原因導致測量值誤差的問題。
4.氙燈冷卻用水采用冷凍機組，水可循環使用，降低了設備運行和維護費用.
5.試樣架試樣架以1r/min的速度圍繞光源旋轉，在試樣架上安裝了黑板溫度計BPT或黑標準溫度計BST.
6.定時裝置:為了記錄每次試驗工作時間，設備在操作面板上設有定時器，可對設備時間進行控制，定時結束設備即自動關閉。
7.保護裝置:為了使氙弧燈能正常工作，不致損壞，本設備除了氙弧燈點燃在電路上采用與冷卻水連鎖外（即冷卻水不工作時氙弧燈是不能點亮的）并在運轉過程中如果發生冷卻水故障工作不正常時，氙燈自動熄滅，全機停止工作的保護設施。