塑料熱老化試驗(yàn)方法

塑料熱老化試驗(yàn)方法
氙燈老化試驗(yàn)箱被認(rèn)為是目前模擬性最好的一種人工氣候老化試驗(yàn)方法。可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得近似于自然氣人工氣候老化試驗(yàn)是采用模擬和強(qiáng)化大氣環(huán)境中主要?dú)夂蛞蛩兀ü狻帷瘢┑囊环N人工加候老化試驗(yàn)的結(jié)果。氙燈試驗(yàn)光源是目前模擬性最好的一種光源，氙燈老化試驗(yàn)箱在紫外區(qū)和可見區(qū)的光譜能量分布與太陽光的光譜能量分布近似，氙燈發(fā)出的輻射經(jīng)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(dá)試樣表面的光譜接近太陽光的光譜。

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

1? 范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了塑料僅在不同溫度的熱空氣中暴露較長時(shí)間時(shí)的暴露條件。本標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了熱暴
露的方法，而未對(duì)試驗(yàn)方法或試樣進(jìn)行規(guī)定。
熱對(duì)塑料任何性能的影響都可以通過選擇適合的試驗(yàn)方法和試樣來測(cè)定，本標(biāo)準(zhǔn)推薦使用ASTM D3826標(biāo)準(zhǔn)來測(cè)定脆化終點(diǎn)，脆化終點(diǎn)是指在0.1 mm/min的初始應(yīng)變速率下，當(dāng)75%的被測(cè)試樣斷裂伸長率為5%或更小值時(shí)，材料即達(dá)到其脆化終點(diǎn)。
本標(biāo)準(zhǔn)給出了比較材料熱老化性能的導(dǎo)則，這些性能通過某相關(guān)性能的變化來測(cè)定（也就是說，脆
化性能通過伸長率的減少來測(cè)定）本標(biāo)準(zhǔn)適用于評(píng)價(jià)使用時(shí)易氧化的塑料。
按照本標(biāo)準(zhǔn)得到的結(jié)果受到所用熱老化試驗(yàn)箱類型的影響使用者可以選擇兩種方法中的一種進(jìn)行熱老化試驗(yàn)箱暴露。基于這兩種方法的結(jié)果不應(yīng)相互混淆。
方法A：重力對(duì)流式熱老化試驗(yàn)箱——推薦用于標(biāo)稱厚度不大于0.25 mm的薄型試樣。
方法B:強(qiáng)制通風(fēng)式熱老化試驗(yàn)箱——推薦用于標(biāo)稱厚度大于0.25 mm的試樣。
本標(biāo)準(zhǔn)介紹了在單一溫度下比較材料熱老化性能的方法。
本標(biāo)準(zhǔn)還描述了材料在一系列溫度下測(cè)定熱老化性能的方法，以此來估計(jì)在某更低溫度下材料發(fā)生規(guī)定特性變化所需的時(shí)間。本標(biāo)準(zhǔn)沒有預(yù)計(jì)應(yīng)力、環(huán)境、溫度和控時(shí)失效等因素相互作用時(shí)的熱老化性能。
本標(biāo)準(zhǔn)沒有涉及相關(guān)安全性的說明，即使有也僅與其應(yīng)用有關(guān)。本標(biāo)準(zhǔn)的使用者在使用前有責(zé)任建立適用的安全和健康規(guī)范，并確定應(yīng)用規(guī)章限制。
注：沒有等同于本標(biāo)準(zhǔn)的ISO標(biāo)準(zhǔn)。
規(guī)范性弓l用文件
下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)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(biāo)準(zhǔn)。
GB/T 2035 塑料術(shù)語及其定義(GB/T 2035-2008 IS0 472:1999，IDT)
GB/T 2918 塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(GB/T 2918-1998 idt IS0 291：1997)
GB/T 7142 塑料長期熱暴露后時(shí)間一溫度極限的測(cè)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(dǎo)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(cè)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(yàn)測(cè)定聚乙烯和聚丙烯降解最終老化點(diǎn)的測(cè)定。
3術(shù)語和定義GB/T 2035的術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
4意義和應(yīng)用：由于按本標(biāo)準(zhǔn)所獲得結(jié)果與實(shí)際使用環(huán)境的相關(guān)性沒有被確定，因此，這些結(jié)果僅用于比較和評(píng)級(jí)。
在熱環(huán)境下暴露的可降解塑料可能發(fā)生多種物理和化學(xué)變化暴露時(shí)間的長短和溫度的高低決定了發(fā)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(dǎo)期，這個(gè)過程會(huì)發(fā)生抗氧劑和增塑劑的消耗物理性能如拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、伸長率和模量可能在誘導(dǎo)期內(nèi)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(yīng)，如結(jié)晶度增加或揮發(fā)物減少或二者同時(shí)發(fā)生。
4.3一般情況下，塑料在高溫下的短期暴露會(huì)釋放出易揮發(fā)物質(zhì)，如水分、溶劑或增塑劑；減少模塑應(yīng)
力；增進(jìn)熱固性塑料固化；提高結(jié)晶度；并使增塑劑或著色劑或二者均發(fā)生顏色變化。通常，隨著揮發(fā)物的減少或進(jìn)一步的聚合反應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步收縮。
4.4某些塑料，如PVC，可能會(huì)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(fā)生降解時(shí)往往會(huì)變得非常脆，而聚乙烯則會(huì)在拉伸強(qiáng)度和伸長率變小和脆化之前變?nèi)彳洝?/p>

5.2熱老化試驗(yàn)箱
5.2.1方法A：重力對(duì)流式熱老化試驗(yàn)箱——推薦使用標(biāo)稱厚度不大于o．25 mm的試樣。熱老化試驗(yàn)箱裝置應(yīng)與GB/’T 11026. 4-1999 -致（不帶強(qiáng)制空氣循環(huán)）。
5.2.2方法B：強(qiáng)制通風(fēng)式熱老化試驗(yàn)箱——推薦使用標(biāo)稱厚度大于o．25 mm的試樣。
熱老化試驗(yàn)箱裝置應(yīng)與GB/T 11026. 4-1999一致（帶強(qiáng)制空氣循環(huán)），采用（50士10）次／h的換氣率及箱內(nèi)保持均勻的試驗(yàn)溫度推薦使用監(jiān)測(cè)暴露溫度和濕度的記錄儀器。
5.3試樣架：試樣架的設(shè)計(jì)應(yīng)確保試樣周圍的空氣流通。
5.4試驗(yàn)儀器：用于根據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定選定的一種性能或多種性能。
6試樣
6.1所需試樣的數(shù)量和類型應(yīng)符合檢測(cè)特定性能的相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在所選的每個(gè)周期和溫度下
均應(yīng)滿足該要求。在所選的每個(gè)周期和溫度下每種材料至少暴露三個(gè)平行試樣，除非另有規(guī)定或所有
相關(guān)方另有商定。
6.2試樣厚度應(yīng)相當(dāng)于但不大于預(yù)期應(yīng)用中的最小厚度。
6.3試樣的制作方法應(yīng)與其在預(yù)期應(yīng)用中的相同。
6.4一系列溫度的所有試驗(yàn)試樣均應(yīng)為同一批次。
8.4根據(jù)適用的試驗(yàn)方法測(cè)試一組非暴露試樣的選定性能，包括狀態(tài)調(diào)節(jié)。
8.5將試樣安裝在試樣架上，并將試樣架放在熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)確保試樣的兩面均暴露在氣流中。為了
使熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)溫度變化的影響最小，建議周期性地調(diào)整試樣或試樣架的位置。
8.6? 在規(guī)定的溫度下將留存的系列試樣在選定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)暴露。暴露后按照規(guī)定的方法調(diào)節(jié)這些
試樣，然后進(jìn)行測(cè)試。如果預(yù)期有非加熱的老化影響，那么應(yīng)對(duì)一組未進(jìn)行熱暴露的老化平行試樣進(jìn)行
調(diào)節(jié)和測(cè)試。
9? 結(jié)果計(jì)算
9.1? 當(dāng)材料在單一溫度下進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)使用方差分析比較每種材料在每個(gè)暴露時(shí)間的被測(cè)性能數(shù)據(jù)
的平均值。使用每一種被比較材料的每組平行測(cè)定結(jié)果進(jìn)行方差分析。推薦使用置信度為95%的F
統(tǒng)計(jì)量確定方差分析結(jié)果的有效性。
9.2? 當(dāng)在一系列不同的溫度下進(jìn)行材料比較時(shí)，應(yīng)采用以下方法分析數(shù)據(jù)，并估算在更低溫度下達(dá)到
預(yù)定性能變化水平所需的暴露時(shí)間。該時(shí)間能夠用于材料溫度穩(wěn)定性的基本評(píng)定，或用作在選定溫度
下的預(yù)期使用壽命的估計(jì)。
9.2.1? 繪制所有采用溫度下暴露時(shí)間對(duì)被測(cè)性能的函數(shù)曲線。曲線應(yīng)按照?qǐng)D1繪制，橫坐標(biāo)為時(shí)間的
對(duì)數(shù)，縱坐標(biāo)為被測(cè)性能值。
圖1 典型的熱老化藍(lán)線——延長率對(duì)時(shí)間（示例）
9.2.2 使用回歸分析確定暴露時(shí)間的對(duì)數(shù)與被測(cè)性能的關(guān)系。使用回歸方程確定達(dá)到性能變化預(yù)定
水平所需的暴露時(shí)間。
一個(gè)可接受的回歸方程應(yīng)滿足廠2≥80%。與老化時(shí)間相對(duì)的殘差（利用回歸方程預(yù)測(cè)的性能保留值減去實(shí)測(cè)值）曲線應(yīng)是隨機(jī)分布。不推薦使用圖解法來估算達(dá)到性能變化預(yù)定水平所需的時(shí)間。
9.2.3? 以達(dá)到性能變化預(yù)定水平所需時(shí)間（通過可接受的回歸方程確定）的對(duì)數(shù)與每次暴露所用
溫度倒數(shù)(1/T，溫度單位K)的函數(shù)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(shí)間的對(duì)數(shù)與溫度倒數(shù)關(guān)系的方程。一個(gè)可接受的回歸方程應(yīng)滿足9.2.2中描
述的要求。
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圖2典型的阿累尼烏斯曲線——老化時(shí)間的對(duì)數(shù)對(duì)溫度倒數(shù)
9.2.4使用達(dá)到規(guī)定性能變化水平所需時(shí)間的對(duì)數(shù)與溫度倒數(shù)的函數(shù)方程，來確定在所有相關(guān)方
商定的預(yù)選溫度下達(dá)到此性能變化的時(shí)間。
9.2.5使用時(shí)間的95%置信區(qū)間來計(jì)算特定性能的變化量。標(biāo)準(zhǔn)誤差通過對(duì)某一溫度下的估算時(shí)間進(jìn)行回歸分析獲得，回歸分析在大多數(shù)應(yīng)用軟件包中可獲得，95%的置信區(qū)間可由計(jì)算時(shí)間士（2×估計(jì)時(shí)聞的標(biāo)準(zhǔn)誤差）確定。
10試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)包括以下內(nèi)容：
a)材料、型號(hào)和進(jìn)行暴露的塑料厚度以及試樣加工方法；
b)采用的預(yù)調(diào)節(jié)和后調(diào)節(jié)方法；
c)性能評(píng)價(jià)所采用的試驗(yàn)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(gè)溫度下的暴露周期；
g)暴露過程中熱老化試驗(yàn)箱的濕度；
h)熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)空氣流動(dòng)的線速度；
i)方差分析的結(jié)果，在單一溫度下每種材料每個(gè)暴露周期的結(jié)果比較；
j)當(dāng)在一系列溫度下進(jìn)行暴露時(shí)，應(yīng)在報(bào)告中記錄每種被測(cè)材料的以下內(nèi)容：
1)根據(jù)9. 2.1和9.2.3繪制的圖表；
2)所用每個(gè)溫度下性能對(duì)暴露時(shí)間函數(shù)的回歸方程；
3)達(dá)到規(guī)定性能變化的時(shí)間對(duì)溫度倒數(shù)函數(shù)的回歸方程；
4)每種被測(cè)材料在選定溫度下達(dá)到規(guī)定性能變化的估算時(shí)間；
5)對(duì)于每種被測(cè)材料在選定溫度下達(dá)到特定性能變化時(shí)間，取時(shí)間的95%置信區(qū)間來計(jì)算特定性能的變化量（按照9.2.5計(jì)算）。
11精密度和偏倚
沒有適用于本標(biāo)準(zhǔn)的精密度和偏倚描述。然而，在處理與本標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合使用的其他方法所得數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)暴露試樣進(jìn)行的不同試驗(yàn)方法和分析方法所引入的精密度和偏倚。

氙燈老化試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1.淋通風(fēng)冷卻裝置：試驗(yàn)箱溫度通風(fēng)冷卻系統(tǒng)由溫控儀自動(dòng)控制。
2.淋雨系統(tǒng)：設(shè)備的淋雨系統(tǒng)由水泵，時(shí)間繼電器，噴嘴等組成部分，噴灑周期可調(diào)。
3.采用光纖傳輸測(cè)量氙燈輻射強(qiáng)度，避免因溫度原因?qū)е聹y(cè)量值誤差的問題。
4.氙燈冷卻用水采用冷凍機(jī)組，水可循環(huán)使用，降低了設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用.
5.試樣架試樣架以1r/min的速度圍繞光源旋轉(zhuǎn)，在試樣架上安裝了黑板溫度計(jì)BPT或黑標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)BST.
6.定時(shí)裝置:為了記錄每次試驗(yàn)工作時(shí)間，設(shè)備在操作面板上設(shè)有定時(shí)器，可對(duì)設(shè)備時(shí)間進(jìn)行控制，定時(shí)結(jié)束設(shè)備即自動(dòng)關(guān)閉。
7.保護(hù)裝置:為了使氙弧燈能正常工作，不致?lián)p壞，本設(shè)備除了氙弧燈點(diǎn)燃在電路上采用與冷卻水連鎖外（即冷卻水不工作時(shí)氙弧燈是不能點(diǎn)亮的）并在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中如果發(fā)生冷卻水故障工作不正常時(shí)，氙燈自動(dòng)熄滅，全機(jī)停止工作的保護(hù)設(shè)施。