高分子材料壽命知多少(一)---壽命預(yù)估方法簡介
福建泉港碳九的泄漏事故導(dǎo)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(guān)人員被追究責(zé)任,事故后續(xù)不斷發(fā)酵,造成的后果十分嚴(yán)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(fā)生了老化失效。由此可見,高分子材料在儲存、運(yùn)輸和使用過程中會受到陽光輻射、溫度、濕氣、氧氣等環(huán)境條件影響,容易發(fā)生老化使其性能降低,甚至失去使用價值。應(yīng)用在工程及交通領(lǐng)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(yù)估測試的目的
對使用的材料提前進(jìn)行一個壽命周期評估,可以對產(chǎn)品進(jìn)行定期更換及維護(hù),避免安全事故和財產(chǎn)損失,這是做高分子材料壽命預(yù)估的根本目的。
高分子材料壽命預(yù)估應(yīng)用領(lǐng)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(yù)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(shí)驗(yàn)的周期短,常用做高分子材料的壽命研究。
人工加速老化實(shí)驗(yàn),美信的工程師主要采用復(fù)合環(huán)境因素下高分子材料的老化失效規(guī)律的預(yù)測和推算:
a.基于復(fù)合環(huán)境因素加速老化試驗(yàn),獲得高分子材料在不同加速條件下的壽命特征指標(biāo)失效-老化時間關(guān)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(yīng)復(fù)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(huán)境(多老化因素) 下的老化失效曲線,從而實(shí)現(xiàn)了聚合物材料的老化失效規(guī)律的預(yù)測。
優(yōu)勢:這種方法周期短,重復(fù)性好,理論推導(dǎo)簡單,預(yù)測可靠性高。
其中,
●壽命特征指標(biāo):
壽命性能 | 具體指標(biāo) |
表觀性能 | 黃色指數(shù)、表面光澤度或表面粗糙度 |
機(jī)械性能 | 斷裂伸長率、拉伸強(qiáng)度、楊氏模量或斷裂點(diǎn)應(yīng)力 |
阻燃性能 | 煙密度、極限氧指數(shù)或點(diǎn)燃溫度 |
電性能 | 體積電阻率或表面電阻率 |
分子結(jié)構(gòu) | 分子量、羰基指數(shù)或表面化學(xué)基團(tuán)含量 |
結(jié)晶結(jié)構(gòu) | 結(jié)晶度或長周期 |
備注:確定高分子材料的壽命特征指標(biāo)時,選擇以上至少一個指標(biāo)。 |
●復(fù)合加速因子α;:
X ——除溫度外的老化條件;
p ——與材料有關(guān)的常數(shù);
Ea——降解表觀活化能;
R ——氣體常數(shù);
T ——老化溫度。
●壽命特征指標(biāo)-老化時間曲線舉例(羰基指數(shù)與老化時間的關(guān)系)
注:■實(shí)際自然老化 ★人工加速老化×25.68
1、羰基指數(shù)是高分子材料氧化老化的指標(biāo),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(yù)估壽命。對比發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)推算的高分子材料的預(yù)估壽命與實(shí)際自然老化失效的壽命匹配度較高。
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