CN102706792A - 一种测试高分子材料老化变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种测试高分子材料老化变化的方法，该方法将湿、热、光、氧、腐蚀介质、应力等环境因素对材料的综合老化作用统一为环境对材料传递了能量，这直接导致老化前后材料的破坏功出现差异。因此以材料老化前后破坏功的变化来表征环境因素对材料的老化作用程度。与现有技术相比，本发明技术方案绕过了一般方法无法逾越的技术难点，无需考虑各环境因素对材料的独立老化作用，也无需确定协同老化作用因子，无需假设条件，较一般方法准确。实施途径简便、易行。

Description

一种测试高分子材料老化变化的方法

技术领域

本发明是一种测试高分子材料老化变化的方法，属于材料老化研究方法技术领域。是一种研究环境因素对高分子材料老化作用程度的方法。

背景技术

高分子材料在长期受到环境因素的作用下易出现物理或化学变化，引起力学性能的下降，称为老化。从而影响由高分子材料及其结构的使用寿命。因此，对高分子材料的老化机理、老化规律、老化方法、老化程度和老化寿命预测等的研究，一直是人们关注的热点问题。

研究环境因素对材料的老化作用程度，一般地，先通过资料调研和经验筛选影响材料性能的主要因素，如湿、热、光、氧、腐蚀介质、应力等。然后研究材料在各因素独立作用下材料性能的变化规律。根据变化规律确定各因素对材料的独立老化作用程度，同时假定各因素的协同作用因子，从而粗略地评估环境因素对材料的老化作用程度。

上述现有方法存在的问题是，环境因素不易分离：如光和氧、热和氧、湿和热、光和热等，基本不能实现各环境因素对材料的独立老化作用，也不能确定协同作用因子或协同作用时各因素的老化作用比例。试图解析各环境因素对材料的独立老化作用程度或协同老化作用程度，是极其困难的。因此，通过一般方法研究环境因素对材料的老化作用程度，评估准确度低。只能是基于工程经验作出的粗略评估，不能指导材料和结构防老化性能的设计。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种测试高分子材料老化变化的方法，其目的是通过测定材料老化前后力学性能的变化，得到一个表征材料老化前后变化的指标—破坏功，再通过老化前后破坏功的差异，判断环境因素对材料的老化程度。避免了现有技术难点的困扰，又能够获得准确的结果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种测试高分子材料老化变化的方法，其特征在于：该方法所适用的高分子材料是指有机玻璃、塑料、橡胶、胶粘剂和聚合物基复合材料；

该方法的测试步骤是：

⑴准备两种状态的材料

两种状态的材料是原始材料和老化后的材料，老化后的材料是由原始材料经过老化试验后得到的；

⑵将两种状态的材料分别加工成标准拉伸试样、标准压缩试样、标准弯曲试样和标准剪切试样，通过材料试验机分别对上述各种试样进行力学试验，测定上述各种试样的全程载荷—位移曲线；

⑶通过试验机数据处理软件、求积仪或图形软件测定各种试样的全程载荷—位移曲线与位移轴所围区域的面积，将面积大小定义为材料试样的破坏功S；

然后用以下公式计算材料老化变化因子x：

$x_i=\frac{S_{0i}-S_{1i}}{S_{0i}}\×100---\left(1\right)$

式中：

x_i:材料老化变化因子，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

原始材料标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标0表示原始材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

老化后材料的标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标1表示老化后材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

⑷比较上述四种标准试样类型确定的材料老化因子x_i，将其中最大值作为该种材料的特征老化变化因子。

高分子材料在长期受到水分浸入、紫外光照射、热氧作用、盐雾浸蚀、应力作用而发生老化，因水的塑化作用易出现高分子链段间的范德华力降低，发生化学降解导致高分子链断裂、分子量下降，集聚到一定程度出现宏观裂纹，光敏基团发生化学变化导致颜色改变等。高分子结构和组成的变化直接影响力学性能的大小，老化后力学性能的大小与高分子材料受环境因素的老化作用程度密切相关。

高分子材料对水分、热、光、盐雾、油等多种环境因素均比较敏感，而且不同因素对材料还存在协同作用。因此理清各环境因素对材料的独立老化作用程度和协同老化作用程度，再进行加和获得环境因素对材料的综合老化作用程度的传统途径存在很大的技术难度。

各环境因素对材料的老化作用，反映在物理、化学领域中都归一为环境因素对材料传递了能量。这种能量综合了所有环境因素对材料的作用，无需考虑单一因素的独立作用或多因素的协同作用。与这种能量大小密切相关的是材料老化前后力学破坏功的变化，可以用材料老化前后力学破坏功的变化来表征环境因素对材料的综合老化作用程度。破坏功一般由选定的材料性能（通常是对环境因素比较敏感的性能）试验来确定，通过力学性能试验测定老化前后材料的破坏功，破坏功的变化反映了环境因素对材料的老化作用程度。

本发明技术方案的优点是：

1．无需考虑各环境因素对材料的独立老化作用；

2．无需考虑各环境因素对材料的协同老化作用；

3．绕过现有技术难点，将环境因素对材料的独立和协同老化作用程度统一为由环境因素对材料作用了能量而引起的材料力学性能试验中破坏功的变化来表征；

4．无需任何条件假设，较一般方法准确；

5．实施途径简便、易行。

附图说明

图1为本发明实施方案中原始材料和老化后的材料标准拉伸试样的全程载荷—位移曲线比较示意图

图2为本发明实施方案中原始材料和老化后的材料标准压缩试样的全程载荷—位移曲线比较示意图

图3为本发明实施方案中原始材料和老化后的材料标准弯曲试样的全程载荷—位移曲线比较示意图

图4为本发明实施方案中原始材料和老化后的材料标准剪切试样的全程载荷—位移曲线比较示意图

图1～图4中：A—两种状态材料力学试验加载起始点，B—原始状态材料受载荷作用破坏点，C—通过破坏点B的横坐标轴的垂线与横坐标轴的交点，D—老化后材料力学试验加载起始点，E—通过破坏点D的横坐标轴的垂线与横坐标轴的交点，S0—A-B-C三点围成的面积,原始状态材料所需的破坏功；S1—A-D-E三点围成的面积,老化后材料所需的破坏功。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

参见附图1～图4所示，该种测试高分子材料老化变化的方法，其特征在于：该方法所适用的高分子材料是指有机玻璃、塑料、橡胶、胶粘剂和聚合物基复合材料；

该方法的测试步骤是：

⑴准备两种状态的材料

两种状态的材料是原始材料和老化后的材料，老化后的材料是由原始材料经过老化试验后得到的；

实施过程中，两种状态的材料应确保同源，即初始结构和组成相同，对于均质材料，应确保材料物理化学组成相同，且由同一炉批生产制造；对于非均质材料，应确保组分材料物理化学组成相同，且来自同一炉批。由该组分材料制备的复合材料也来自同一炉批。材料老化的环境条件根据需要可以随意选择。

⑵将两种状态的材料分别加工成标准拉伸试样、标准压缩试样、标准弯曲试样和标准剪切试样。

⑶通过材料试验机分别对上述各种试样进行力学试验，测定上述各种试样的全程载荷—位移曲线。

⑷通过试验机数据处理软件、求积仪或图形软件等测定上述各种试样载荷-位移曲线下阴影部分的面积，面积大小即为两种状态试样的破坏功S。图1～图4中载荷-位移曲线下A-B-C三点所围的面积S0为原始状态材料的破坏功，A-D-E三点所围的面积S1为老化后材料的破坏功。

⑸然后用以下公式计算材料老化变化因子x：

$x_i=\frac{S_{0i}-S_{1i}}{S_{0i}}\×100---\left(2\right)$

式中：

x_i:材料老化变化因子，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

原始材料标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标0表示原始材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

老化后材料的标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标1表示老化后材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

⑷比较上述四种标准试样类型确定的材料老化因子x_i，将其中最大值作为该种材料的特征老化变化因子。

材料的特征老化变化因子综合了各环境因素对材料的老化作用，所以，可以用材料的特征老化变化因子来判断材料的老化程度。

与现有技术相比，本发明技术方案绕过了一般方法无法逾越的技术难点，无需考虑各环境因素对材料的独立老化作用，也无需确定协同老化作用因子，无需假设条件，较一般方法准确。实施途径简便、易行。

Claims (1)

1.一种测试高分子材料老化变化的方法，其特征在于：该方法所适用的高分子材料是指有机玻璃、塑料、橡胶、胶粘剂和聚合物基复合材料；

该方法的测试步骤是：

⑴准备两种状态的材料

两种状态的材料是原始材料和老化后的材料，老化后的材料是由原始材料经过老化试验后得到的；

⑵将两种状态的材料分别加工成标准拉伸试样、标准压缩试样、标准弯曲试样和标准剪切试样，通过材料试验机分别对上述各种试样进行力学试验，测定上述各种试样的全程载荷—位移曲线；

⑶通过试验机数据处理软件、求积仪或图形软件测定各种试样的全程载荷—位移曲线与位移轴所围区域的面积，将面积大小定义为材料试样的破坏功S；

然后用以下公式计算材料老化变化因子x：

$x_i=\frac{S_{0i}-S_{1i}}{S_{0i}}\×100---\left(1\right)$

式中：

x_i:材料老化变化因子，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

原始材料标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标0表示原始材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

老化后材料的标准拉伸、压缩、弯曲或剪切试样的破坏功，其中，下标1表示老化后材料状态，下标i表示标准拉伸、压缩、弯曲或剪切四种试样类型之一；

⑷比较上述四种标准试样类型确定的材料老化因子x_i，将其中最大值作为该种材料的特征老化变化因子。

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