高分子材料壽命預(yù)測(cè)
高分子材料廣泛應(yīng)用于國(guó)民生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，在加工、存儲(chǔ)和使用過(guò)程中，由于受熱、光照、高能輻射、潮濕等環(huán)境因素作用，高分子材料會(huì)逐步發(fā)生老化，導(dǎo)致性能下降，甚至失去使用價(jià)值，造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染，甚至釀成安全事故。如何預(yù)測(cè)高分子材料的服役壽命一直是業(yè)內(nèi)研究熱點(diǎn)。
在早期的研究中，研究者通常是將大量高分子材料樣品曝露于特定的自然環(huán)境和人工模擬環(huán)境中，定期測(cè)試其主要性能指標(biāo)的變化情況，比較兩種試驗(yàn)條件下被測(cè)高分子材料性能下降與試驗(yàn)時(shí)間或其它關(guān)鍵試驗(yàn)參數(shù)如所接收的輻照量之間的關(guān)系，找出兩者之間的相關(guān)性，并依此預(yù)測(cè)材料的長(zhǎng)期性能變化和服役壽命，或者通過(guò)人工老化試驗(yàn)，測(cè)定各種環(huán)境因素的變化對(duì)材料性能的影響，得出這些因素對(duì)材料老化的影響因子，并在此基礎(chǔ)上提出經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，用以計(jì)算高分子材料在其他曝露條件下的老化速率。這兩種方法相對(duì)比較直觀，但前者需投放大量試樣，試驗(yàn)周期也比較長(zhǎng)(通常以年來(lái)計(jì))，方法的推廣應(yīng)用受諸多因素制約;后者雖然將影響高分子材料老化的主要因素考慮在內(nèi)，但無(wú)法體現(xiàn)實(shí)際環(huán)境中這些因素之間錯(cuò)綜復(fù)雜的協(xié)同作用和綜合效應(yīng)，而且所得到的關(guān)系式具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)，在客觀性和普適性上存在先天不足。
為給出快速、可靠的高分子材料服役壽命預(yù)測(cè)方法，近年來(lái)研究者對(duì)高分子材料老化過(guò)程進(jìn)行了深入研究，利用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)老化過(guò)程中材料的性能、成分以及微觀結(jié)構(gòu)的變化情況，并以這些宏觀性能或微觀結(jié)構(gòu)、組份的變化來(lái)表征老化過(guò)程，提出相應(yīng)的老化反應(yīng)的機(jī)理。
1以宏觀性能變化預(yù)測(cè)壽命
1.1以力學(xué)性能表征老化過(guò)程
Gillen對(duì)四種用作核電廠內(nèi)電纜絕緣材料的ERP試樣進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)7年的加速老化研究，以評(píng)估其在50℃條件下的服役壽命。四種材料的拉伸強(qiáng)度均以緩慢或中等速度發(fā)生變化，直到失效前發(fā)生突變，即所謂的“誘導(dǎo)期”行為。
1.2以光澤度表征老化過(guò)程
Guseva2針對(duì)飛機(jī)涂層壽命預(yù)測(cè)的研究中，在服役壽命-環(huán)境應(yīng)力拓展關(guān)系式和服役壽命的概率分布函數(shù)的基礎(chǔ)上，以飛機(jī)涂料光澤度損耗為老化表征，給出了飛機(jī)涂層壽命預(yù)測(cè)的威布爾分布數(shù)學(xué)模型。該模型涉及三種影響飛機(jī)涂層服役壽命的因素:溫度、UV和氣溶膠。
1.3以交流阻抗表征老化過(guò)程
交流阻抗技術(shù)是研究涂層的常用方法。從阻抗譜解析出的數(shù)據(jù)不僅可以評(píng)價(jià)涂料的防護(hù)性能，而且還可以分析涂層的老化機(jī)制
2以微觀變化預(yù)測(cè)壽命
2.1以添加劑損失表征老化過(guò)程
Eric和David圖以PE100藍(lán)色水管為研究對(duì)象進(jìn)行塑料管的熱老化研究。PE100藍(lán)色水管試樣在80C水中進(jìn)行靜水壓力測(cè)試，然后通過(guò)測(cè)定氧化誘導(dǎo)時(shí)間( OIT)來(lái)確定老化過(guò)程中PE水管中抗氧劑的損耗，結(jié)合阿倫尼烏斯公式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。
2.2以老化產(chǎn)物表征老化過(guò)程
高分子材料降解過(guò)程中產(chǎn)生諸多老化產(chǎn)物，可通過(guò)分析測(cè)試手段測(cè)定老化產(chǎn)物的量，建立老化產(chǎn)物和高分子聚合物降解程度的聯(lián)系，以此預(yù)測(cè)材料的服役壽命。
2.3以分子量變化表征老化過(guò)程
分子量是表征高分子材料性質(zhì)的較重要的參數(shù)之在一般條件下，高分子的老化會(huì)伴隨著分子量的下降和質(zhì)量損失，因此，分子量的變化常被用于表征高分子材料的老化過(guò)程。
3結(jié)論
從上述對(duì)近年高分子材料壽命預(yù)測(cè)方法的總結(jié)來(lái)看，采用較新的非破壞性檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)高分子材料微觀結(jié)構(gòu)、組份等的變化，結(jié)合老化機(jī)理，利用統(tǒng)計(jì)分析手段來(lái)找到高分子材料微觀結(jié)構(gòu)、組份等與宏觀性能的聯(lián)系，建立老化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，是預(yù)測(cè)高分子服役壽命的較新趨勢(shì)。
