高分子材料在使用过程中受光照、温度、湿度、氧气等因素的联合作用会发生老化。老化测试的目的是在实验室中加速模拟这些环境条件,预测材料在实际使用寿命中的性能变化。人工加速老化试验是目前最常用的评价手段。
氙灯老化试验是模拟太阳光老化效果最好的方法。氙弧灯的光谱分布与自然太阳光最为接近。测试按GB/T 16422.2标准执行。标准条件为辐照度0.51W/m2在340nm波长处,黑标温度65加减3摄氏度,相对湿度65加减5%。
紫外老化试验用荧光紫外灯作为光源,主要模拟太阳光中的短波紫外部分。GB/T 16422.3标准对应ISO 4892-3。最常用的灯管类型为UVA-340,光谱范围在295nm到365nm之间。UVB-313灯管加速倍数更高但相关性稍差。
热老化试验将试样放置在鼓风干燥箱中,在设定温度下持续暴露规定时间。GB/T 7141标准适用于塑料的热老化。测试温度通常选择材料使用温度以上20到60摄氏度。热老化后通过拉伸或冲击测试评价老化程度。
湿热老化试验在恒温恒湿箱中同时控制温度和湿度。典型条件为85摄氏度85%相对湿度。电子产品和汽车零部件常用的双85试验就是这种条件。湿热老化后材料可能出现水解、溶胀或界面脱粘等失效形式。
臭氧老化试验专门评价橡胶的抗臭氧性能。臭氧对不饱和键橡胶非常敏感,会导致表面龟裂。GB/T 7762标准规定臭氧浓度50pphm,温度40摄氏度,拉伸试样20%应变。出现龟裂时间越晚说明抗臭氧能力越强。
评价老化程度的核心指标包括外观变化、力学性能保持率和化学结构变化。外观变化通过目视或显微镜观察颜色光泽和表面裂纹。力学性能保持率用老化后的拉伸强度或断裂伸长率与初始值的百分比表示。
红外光谱分析可以从分子层面揭示老化机理。老化后材料表面会出现羰基峰增强的现象,说明材料发生了氧化降解。从羰基指数的变化速率可以定量评价不同材料的抗老化能力。这个分析手段很敏感。
不同高分子材料的老化行为差异很大。聚丙烯对紫外光非常敏感,不加稳定剂的纯PP在户外几个月就可能粉化。聚碳酸酯在湿热条件下容易水解。含芳环结构的聚合物如聚醚醚酮PEEK的抗老化能力则非常优秀。
抗氧化剂和光稳定剂的添加可以显著提高高分子材料的耐老化性能。受阻胺类光稳定剂HALS应用最广,添加量在0.1%到0.5%之间就能将材料寿命延长3到5倍。但具体配方要根据材料类型和使用环境确定。需要评估材料老化寿命可以点击页面上的在线咨询按钮。字数约940。