一文搞懂高分子材料的老化类型、老化测试与抗老化方法

上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,专业生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，是一家具有研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备的公司。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。现在我们成为许多品牌的供应商。 

高分子材料发展现状

高分子材料，因其具有质轻、高强度、耐温、耐腐蚀等优异的性能，现在被广泛应用于制造、电子信息、交通运输、建筑节能、航空航天、等诸多领域，发挥了巨大的作用。

其不仅是国民经济的重要基础性产业，也是一个国家先导性的产业；

既属石化行业内的战略新兴产业，也是电子信息、航空航天、、新能源等战略新兴产业的重要配套材料；

不仅自身技术含量高、附加值高，而且是石化产业转型升级的重要方向。

所以，高分子材料一直是发达国家和跨国公司十分重视的发展领域。这不仅为高分子新材料产业提供了广阔的市场空间，也对其质量性能、可靠性水平、保障能力等提出了更高要求。

因此，如何本着节能、低碳和生态发展的原则，发挥高分子材料制品的功能，就越来越受到人们的关注。而老化正是影响高分子材料可靠性和耐久性的重要因素。

高分子材料的老化类型

高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受内外因素的综合作用，其性能逐渐变坏，以致最后丧失使用价值,这种现象就属于高分子材料的老化。

这不仅造成资源浪费，甚至会因其功能失效酿成更大的事故，而且其老化引起的材料分解也可能会对环境产生污染。

由于聚合物品种不同，使用条件各异，因而有不同的老化现象和特征。总的来说，高分子材料的老化可归为以下四种类型的变化：

1.外观的变化

出现污渍、斑点、银纹、裂缝、喷霜、粉化、发粘、翘曲、鱼眼、起皱、收缩、焦烧、光学畸变以及光学颜色的变化。

2.物理性能的变化

包括溶解性、溶胀性、流变性能以及耐寒、耐热、透水、透气等性能的变化。

3.力学性能的变化

拉伸强度、弯曲强度、剪切强度、冲击强度、相对伸长率、应力松驰等性能的变化。

4.电性能的变化

如表面电阻、体积电阻、介电常数、电击穿强度等的变化。

 造成高分子材料老化的因素

1.宏观分析

因为高分子聚合物在加工、使用过程中，会受到热、氧、水、光、微生物、化学介质等环境因素的综合作用, 其化学组成和结构会发生一系列变化，物理性能也会相应变坏，如发硬、发粘、变脆、变色、失去强度等, 这些变化和现象就称为老化。

2.微观分析

高分子聚合物在热或光的作用下会形成激发态的分子，当能量足够高，分子链就会断裂形成自由基，自由基可以在聚合物内部形成链式反应，继续引发降解，也可能引起交联。

如果环境中存在氧气或臭氧，还会诱发一系列氧化反应，形成氢过氧化物（ROOH），并进一步分解成为羰基。

如果聚合物中存在残余的催化剂金属离子，或在加工、使用中带入金属离子如铜、铁、锰、钴等，会加速聚合物的氧化降解反应。

老化测试

在新材料开发或改进中，为验证其使用寿命或防老化效果，就需要进行老化测试。常见的老化测试有自然老化和试验室加速老化。

1.自然老化

自然老化就是将材料试样直接暴晒在自然环境下。通常样品以一定的角度安装在暴晒架上，常见的暴晒角度有5 °、45 °、90 °。相关的测试标准有ISO 877 Plastics — Methods of exposure to solarradiation；ISO2810 Paints and varnishes - Natural weathering of coatings - Exposure andassessment；ASTMG7 Standard Practice for Atmospheric Environmental Exposure Testing ofNonmetallic Materials等。

自然老化试验方法简便，成本较低，但是其试验周期太长，影响产品设计的优化进度。而且，由于是天然环境，气候条件无法控制，为保证试验结果的再现性，试验场地的选择尤为重要。美国1931年在南佛罗里达建立天然气候场，是美国标准的湿热气候暴晒场。在亚利桑那中部建立的试验场，则是标准的干热暴晒场。我国的国家机动车产品质量监督检验中心吐鲁番暴晒试验场，也是典型的干热气候暴晒场。吐鲁番地区5-8月最高气温均在40 ℃以上，高气温49.6 ℃，年平均降水量仅为8 mm。而海南琼海的暴晒场，则是典型的湿热气候条件。年平均温度27.4 ℃，年均降水量高达2134 mm。典型暴晒场环境数据见表2。

表2 典型暴晒场环境数据

2.试验室加速老化

为加快试验周期，更快的得到老化数据，试验室通常使用人造光源模拟日光辐射，匹配不同的温湿度及淋雨条件等，可以模拟各种自然气候。

1） 光源的选择

常用的人造光源有氙弧灯、金属卤素灯及紫外荧光灯。紫外荧光灯在中波紫外和短波紫外范围内，能很好的模拟日光。而氙弧灯和金属卤素灯在全光谱均能很好的模拟日光。因此，使用氙灯和金属卤素灯作为光源的试验箱，能很好的模拟日光辐射，而使用荧光紫外灯的老化箱，其目的并不在于仿制日光，而只是模拟日光的老化效果。除此之外，市场上还有以碳弧灯作为光源的老化箱。但碳弧光谱与日光光谱并没有很好的相关性，使用碳弧灯测试是历史原因。

2） 加速老化的相关性

相关性是指，试验室加速老化的结果与材料在实际使用环境中发生老化的结果的一致性程度。加速老化试验，只有具有相关性，才能真正反映材料的耐候性能，真实预测材料的使用寿命。不合理的加速试验，会降低测试的相关性，甚至失去意义。

表3 常见的降低相关性的错误测试

3）试验室加速老化的发展趋势

如开篇提到的，材料老化的影响因素有日光辐射、温度、水和其他因素。材料的老化是这些因素共同作用的结果，但并不是简单的各种因素影响效果的叠加，还需要考虑其间的协同作用。因此，更全面的模拟材料的实际使用环境，能够得到具有更好相关性的结果。例如ISO 20340标准，试验以7天为1个周期，第1至3天根据ISO 11507进行具有明暗周期的紫外测试，第4至6天根据ISO 9227进行盐雾测试，第7天进行（-20±2）℃的低温测试。与传统的耐候性测试相比，综合了更多的老化影响因素，更符合材料的实际使用工况，因此更能反映材料的实际老化情况。我们知道，霉菌、臭氧浓度等，都对塑料制品的老化有重要影响，如何在测试中综合更多的老化因素，将是试验室加速老化的发展方向之一。

 高分子材料抗老化的方法

目前，改善和提高高分子材料防老化性能的主要方法有以下几种：

1.物理防护（如加厚、涂装、外层复合等）

高分子材料的老化，特别是光氧老化，首先是从材料或制品的表面开始，表现为变色、粉化、龟裂、光泽度下降等，然后逐渐往内部深入。薄制品比厚制品更容易提早失效，因此通过加厚制品的方法可以延长制品的使用寿命。对于易老化的制品，可以在其表面涂覆或涂布一层耐候性好的涂层，或在制品外层复合一层耐候性好的材料，从而使制品表面附上一层防护层，从而延缓老化进程。

2.改进加工工艺

很多材料在合成或制备过程中，也存在老化的问题。如，聚合过程中热的影响、加工过程中的热氧老化等等。那么相应地，可以通过在聚合或加工过程中增加除氧装置或抽真空装置等减缓氧气的影响。但这种方法只能保证材料在出厂时的性能，而且这种方法只能从材料的制备源头实施，无法解决其在再加工和使用过程中的老化问题。

3.高分子材料的结构设计或改性

很多高分子材料分子结构中存在极易老化的基团，那么通过材料的分子结构设计，以不易老化的基团替代易老化的基团，往往可以起到良好的效果。或者是在高分子分子链上通过接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基团或结构，赋予材料本身以优异的抗老化功能，也是研究工作者们常采用的方法，但成本较高，暂且不能实现大规模的生产和应用。

4.添加防老化助剂

目前，提高高分子材料耐老化性的有效途径和常用方法就是添加抗老化助剂，其由于成本较低、且无需改变现有生产工艺而得到广泛应用。这些抗老化助剂的添加方式主要有两种：

助剂直接添加法：即将抗老化助剂（粉末或液体）与树脂等原料直接混合搅拌后挤出造粒或注塑等等。这种添加方式由于简单易行，从而为广大的抽粒和注塑厂所广泛采用。

    随着科技的飞速发展，高低温老化箱在各行各业中的应用越来越广泛。这款设备能够在模拟温度条件下对产品进行老化测试，从而确保产品在各种环境下的稳定性和可靠性。本文将带您了解高低温老化箱的特点、应用领域以及选型技巧，让您对这个神奇的设备有更深入的认识。

    一、高低温老化箱的特点

    高度智能化：高低温老化箱采用*控制系统和传感器，能够实现自动化控制和数据采集。用户只需输入所需测试的温度、湿度等参数，设备便会自动运行并记录测试结果。

    温度范围广：高低温老化箱能够模拟从-80℃到+300℃的温度环境，满足不同用户的需求。

    湿度可控：部分高低温老化箱还具备湿度控制功能，能够在保持温度稳定的同时，对湿度进行精确控制。

    安全可靠：高低温老化箱采用优质材料制作，具有良好的保温性能和稳定的运行表现。同时，设备还配备了多重安全保护功能，确保用户在使用过程中的安全。

    二、高低温老化箱的应用领域

    电子行业：高低温老化箱广泛应用于手机、电脑、家电等电子产品的老化测试，帮助企业确保产品质量和稳定性。

    汽车行业：汽车零部件需要在各种温度下进行可靠性测试，高低温老化箱能够模拟各种温度环境，对汽车零部件进行严格检测。

    航空航天：航空航天领域对产品的可靠性要求极为严格，高低温老化箱能够在模拟高空环境的条件下对产品进行老化测试，确保产品的安全性和稳定性。

    医疗行业：医疗器械在各种温度下可能会出现各种问题，高低温老化箱能够对医疗器械进行严格的质量控制和检测，确保产品的可靠性。

    三、高低温老化箱的选型技巧

    明确需求：在选择高低温老化箱时，首先要明确自己的需求。用户需要根据自己的产品特点和测试要求，确定所需设备的温度范围、湿度控制精度以及测试时间等方面的参数。

    考虑设备尺寸：高低温老化箱的尺寸因应用场景和测试需求而异。用户需要根据自己的生产规模和测试需求，选择合适大小的设备。

    关注设备品质：在选择高低温老化箱时，品质是关键。用户应选择具有良好口碑和稳定性能的设备，同时要关注设备的材料质量、保温性能以及控制系统等方面的表现。

    考虑售后服务：完善的售后服务是保证设备稳定运行的重要保障。用户在选择高低温老化箱时，应选择能够提供完善售后服务的厂家，以便在使用过程中得到及时的技术支持和维修保养。

    总之，高低温老化箱作为工业品质的守护神，在各行各业中发挥着越来越重要的作用。用户在选择这款设备时，应从需求、设备尺寸、品质以及售后服务等方面进行全面考虑，确保选择到适合自己生产需求的优质高低温老化箱。

关于我们

上海简户仪器设备有限公司是一家高科技合资企业,生产销售盐雾箱、恒温恒湿机、冷热冲击机、振动试验机、机械冲击机、跌落试验机的环境试验仪器的公司，研发生产销售经营各类可靠性环境试验设备。经验丰富，并得到许多国内外厂商的信赖与支持。自公司成立以来,多次服务于国内外大学和研究所等检测机构,如清华大学、苏州大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、法国申美检测、中科院物理所、中科院，SGS等**单位提供实施室方案和设备及其相关服务。努力开发半导体、光电、光通讯、航天太空、生物科技、食品、化工、制药等行业产品所需的测试设备装置。公司拥有一支的研发、生产和售後队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点。

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  为适应市场快速变化及客户多样化的要求，上海简户仪器设备有限公司研发了性能与可靠性**JianHuTest产品系列.从精密零件到电脑资讯系统及有线无线通讯产业，均可提供高品质的设备与完善的售后服务。

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• 　上海简户荣获企业，表明上海简户在技术、科技成果转化、拥有自主知识产权等方面得到了国家的高度认可。简户一直秉承"服务以人为本"的宗旨，为广大客户提供精良的设备及优质的服务，提供的送货上门、安装调试、一年的设备保养、终身维修，技术指导服务。始终如一的以"努力、合作、飞跃"的精神自我完善、不断发展、让客户与公司实现双赢局面。
  

• 简户是集设计、销售、研发、维修服务等为一体的综合集团公司，从产品的研发到售后服务，每一个环节之间，都以客户的观点与需求作为思考的出发点，提供的环境设备。公司创始人从事仪器设备行业20余年，经验丰富、资历雄厚，带领简户公司全体同仁携手共建辉煌明天。公司成立以来，积极投入电子电工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研单位等行业所需的产品测试设备装置。
  

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• 简户拥有一支的研发、生产和售后服务队伍，从产品的研发到售后服务，每一个环节都以客户的观点与需求作为思考的出发点，目前拥有博士学位2人，硕士5人，参与环境试验箱国家标准起草和发行。企业制定标准，行业里通过ISO9001。是中国仪器仪表学会会员和理事单位。曾荣获CCTV《中国仪器仪表20强品牌》殊荣，2010年入驻上海世博会民企馆。简户自创办以来，参与3项国家标准起草与制定，获得40+件原创知识产权、软著、集成电路)，6次获得上海科技型中小企业称号，合作过3200+家合作客户(其中世界500强高校600家)。
  

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• 简户仪器今后必将牢记为客户提供优质产品和服务的宗旨，不忘为行业贡献前沿科学和技术的初心，再接再厉，砥砺前行！

• 【简户仪器简介:成立2005年，是一家研发，生产，销售及售后齐全的综合性设备生产单位，多次评为科技型中小企业，，客户遍布高分子，汽车，半导体，塑胶，五金，科研院校，第三方检测等】

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