非金属的老化检验

2020-09-10 17:14:24
来源：摩尔股份
作者：谢伟
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简介

西安摩尔石油工程实验室股份有限公司开展非金属材料及制品的物理性能、机械性能、耐老化性能和耐化学介质性能等方面的检测，在非金属材料老化检验方面于2016年8月份取得CNAS资质，可进行热老化、紫外老化等试验，共计完成的老化检测项目超10项。

什么是非金属老化

在高分子材料的使用过程中，由于受热、氧、水、微生物、化学介质等环境因素的综合作用，高分子材料的化学组成和结构发生一系列变化，物理性能也会相应变坏，如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等，这些变化和现象称为老化。非金属材料老化的本质是其物理结构和化学结构的改变。

老化的原因及影响因素

橡胶、塑料和涂层发生老化的主要原因是结构或组分内部具有易引起老化的弱点，如具有不饱和双键、过氧化物、支链、羰基、末端上的羟基等等，总体来说是一种内外因素综合的结果。

引起老化的影响因素：

温度随着温度升高，高分子链的运动加剧，一旦超过化学键的离解能，就会引起高分子链的热降解或基团脱落。

湿度湿度对高分子材料的影响可归结于水分对材料的溶胀及溶解作用，使维持高分子材料聚集态结构的分子间作用力改变，从而破坏材料的聚集状态。

氧气氧首先进攻高分子主链上的薄弱环节，形成高分子过氧自由基或过氧化物，分子链发生断裂或过度交联，引起非金属材料性能的改变。

光老化聚合物受光的照射，是否引起分子链的断裂，取决于光能与离解能的相对大小及高分子化学结构对光波的敏感性。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外线。

机械应力在机械应力的反复作用下，会使聚合物分子链断裂生成游离基，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程，哪个占优，视其所处的条件而定。此外，应力作用下容易引起臭氧龟裂。

化学介质化学介质只有渗透到高分子材料的内部，才发挥作用，这些作用包括对共价键的作用与次价键的作用两类。共价键的作用表现为高分子链断裂、交联、加成或这些作用的综合，这是一个不可逆的化学过程；化学介质对次价键的破坏，使得材料的聚集态结构发生改变，导致其物理性能发生相应改变。

生物老化聚合物材料长期处于某种环境中，微生物的进化能够分解高聚物，从而使得高分子材料的物理和化学性能发生变化。

适用的非金属种类

发生老化的非金属种类包括：

橡胶

涂层

塑料

老化检验的方法和设备

1.橡胶老化的检验方法

（1）自然老化试验方法

橡胶试片在拉伸状态下，放置于室外自然环境下，经长时间日晒雨淋后，观察、测定和比较前后的性能变化，这种方法虽然逼真度高，对实际状况的模拟性强，但花费的时间较长，一般作为辅助参考。

（2）人工加速试验方法

在室内或设备内模拟近似于大气环境或某种特定的环境条件，并强化某些因素，以期在短期内获得实验结果，可以相对地比较不同材料的抗老化性。人工加速老化实验方法主要包括：人工气候试验、热老化试验（绝氧、热空气、热氧化、吸氧等试验）、臭氧老化试验、气体腐蚀试验等。

其中热老化试验依据GB/T 3512-2014/ISO 188:2011标准，紫外老化试验依据GB/T 3512-2014、GB/T14522-2008标准，利用紫外灯辐射试验，并将试验暴露于一定湿度和温度下，放置一段时间检测试样性能变化、耐候性。

2.涂层老化的检验方法

（1）天然曝露法

直接曝露于自然环境下，考察涂层在特定环境下的耐候性，通常天然曝露实验采用的标准有GB/T 9276-1996《涂层自然气候暴露实验方法》和ISO 2810:2004《色漆和清漆涂层自然老化曝露及评定》。

（2）人工加速试验方法

人工加速试验利用实验箱模拟自然气候作用。与自然条件的天然曝露试验相比，人工加速试验仅涉及光强、温度、喷淋、湿度等几个有限因素，并对这几个因素进行控制调节，从而达到加速老化试验的目的。

3.塑料老化检验方法

（1）自然老化试验方法

将塑料材料安装在固定角度或随季节变化角度的试验架上，在自然环境中长期曝露，这种曝露通常用来评定环境因素对材料各种性能的作用。

（2）人工加速老化试验方法

包括热老化、臭氧老化、光老化、人工气候老化、光臭氧老化、生物老化。摩尔检验中心依据GB/T 7141-2008对塑料进行热老化试验。

4.老化试验设备

摩尔检验中心拥有紫外老化试验箱、换气式热老化试验箱、智能型盐雾试验箱等模拟各种工况的人工加速老化试验设备。下图1为摩尔检验中心的紫外老化试验箱，可模拟紫外光、水汽、凝露等自然环境，主要检测材料耐紫外光老化性能；下图2为检验中心的换气热老化试验箱可以模拟热气流、转速等环境，主要检测材料耐热老化性能。下图3为检验中心的智能盐雾试验箱，主要检测材料耐盐雾腐蚀老化性能。