「案例分析」熱氧老化中，樣品擺放位置對測試結果的影響探究

2020-09-21 國高材分析測試中心


塑料在加工成型、儲存、運輸和使用過程中都不可避免地要在空氣環境中受到熱和氧的作用，致使發生熱氧老化，導致其性能降低，以致完全喪失使用價值。熱空氣老化試驗是用於評定材料耐熱老化性能的一種簡便的人工模擬加速環境試驗方法，目的是在較短時間內評定材料對高溫的適應性以及相互比較材料高溫適應性。


國高材分析測試中心熱氧老化實驗室


測試原理：將試樣置於給定條件（溫度、風速、換氣率等）的熱老化試驗箱中，使其經受熱和氣候的加速老化作用，通過檢測暴露前後性能的變化，評定塑料的耐熱老化性能。


熱老化試驗結果的影響因素很多，樣品的固有屬性為內部因素，例如樣品的配方體系，加工方式等。從檢測方向角度，更加關注外部因素對其的影響，例如測試的方式以及環境等。本文主要介紹熱老化測試過程中，樣品在箱體內部的擺放位置對其結果的影響。


1. 探究思路

國高材分析測試中心熱老化工作組依據UL 746B.21中關於聚丙烯老化的介紹，制定了相應的老化操作指南。


2. 實驗過程


2.1 方案確定

對於熱老化測試中的樣品擺放方式進行探究，需要考慮和確定樣品擺放方案。利用有限的空間，儘可能的考察多種擺放方式。通過實際驗證以及在國高材分析測試中心熱老化工作組的指導下，確定的排放方案如下圖：


如上圖所示，熱老化測試箱體內按照上、中、下3層進行測試，上層和下層為箱內極端位置。

材料老化測試

國高材分析測試中心可依據GB、ISO、ASTM等測試標準，通過熱氧老化箱、氙燈老化試驗機和紫外老化試驗箱等老化設備，測定材料的可靠性指標。


服務流程

了解客戶真實需求——測試樣品評估——設計方案——分析測試——出具報告


3. 探究結果


3.1 老化外觀情況

樣品在456h即19天時，開始上、中、下層均開始出現粉化現象。



3.2 老化後性能情況


待樣品全部粉化後，進行性能測定。力學測試要求：測定前，需在恆溫恆溼環境（23 ± 2℃，50 ± 5%）下調節兩天，並在取樣後的五天內完成測試（即取樣後的2-5天之間進行力學測試）。PP樣品的拉伸測試條件：夾具間距115mm；拉伸速度：50mm/min（參照國標要求）；記錄拉伸強度和斷裂伸長率，記錄如下：


圖 老化時間與拉伸強度、斷裂伸長率的關係


3.3 熱老化影響因素分析


通過觀察各個位置的熱老化樣品取出時間以及照片情況，我們發現，整體來看中層位置的樣品老化速度要大於上下兩層的極端位置。其原因為，樣品處於老化箱內中部位置，與進氣口的空氣接觸足夠充分，氧化較快。上下兩層由於處於箱內極端位置，尤其是上層樣品，沒有正對出風口，使得氧化較為緩慢。


為掌握熱老化正常情況下，每層擺放位置的影響，排除最上層極端位置，從能夠與箱內流動空氣充分接觸的中層和下層分析，可以找到一定的規律。通過觀察發現，平行於進風方向的老化速度大於垂直方向（通過對比上部垂直方向與下部水平方向）；同時，位於箱體左側即靠近進風口位置的老化速度大於右側即遠離進風口位置的老化速度；位於箱體前側即靠近箱門位置老化速度大於箱體後側即遠離箱門位置老化速度，主要與取樣時開門空氣對衝以及箱體密封性有關。


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