聚合物的长时间热老化测试(LTTA)
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热氧稳定性常用的三种评价方法长期处于热氧环境中,塑料易发生降解,从而导致材料性能下降。
材料热氧稳定性的常规表征方法主要有热失重分析(TGA)、氧化诱导时间(OIT)、加速热老化实验、热滞留实验、流变等。
小编简单总结了OIT、TGA和加速热老化实验三种评价方法。
1.氧化诱导时间(OIT)适用范围:主要适用于聚烯烃材料。
测试设备:DSC原理:在氧气或者空气气氛中,在规定温度下恒温(等温OIT,如图1)或者以恒定的速率升温(动态OIT,如图2)时,测定试样抑制其氧化所需的时间与温度。
5.6min 0.8mina.5001-T的氧化诱导时间b.国产相容剂的氧化诱导时间图1 两种相容剂的氧化诱导时间测试结果231℃218℃c.5001-T的氧化诱导温度d.国产相容剂的氧化诱导温度图2 两种相容剂的氧化诱导温度(动态OIT)测试结果意义:(1)等温OIT测试结果的OIT时间越长,表明材料热氧稳定性越好,这结合长期热氧老化实验结果更能说明这一点;(2)动态OIT测试结果氧化诱导温度越高,表明材料在氧气环境下耐热性越好。
动态OIT测试与氧气环境的TGA比较类似,同样反映了材料的热氧稳定性。
(3)对于相容剂而言,相容剂的单体和引发剂的残留率越高,其OIT越长,氧化诱导温度会越低,加入到基体中后对材料热稳定性负面影响越大。
2.氧稳定性更好。
材料热氧稳定性越好,其加速老化实验后外观变化程度越低、物性保持率越高,氧化诱导期越长。
对于相容剂而言,在相同的基体中,相容剂的引发剂、单体残留高,最终产品的热氧稳定性差。
如图3,结合氧化诱导时间可知,国产相容剂OIT较短(图1),对应耐热氧老化性能较差,而CMG5001-T的热氧稳定性更好。
temperature,℃图4 不同相容剂的TGA曲线(N2)1401201008060拉伸强度弯曲强度冲击强度3%5001-T 3%国产相容剂。
塑料耐热性测试标准塑料是一种常见的材料,它在我们的生活中扮演着重要的角色。
然而,塑料的耐热性能对于其在不同环境下的使用至关重要。
为了确保塑料制品在高温环境下能够稳定可靠地使用,需要进行相关的耐热性测试。
本文将介绍塑料耐热性测试的标准和相关内容。
首先,塑料耐热性测试的标准主要包括以下几个方面,热变形温度、热老化性能、热稳定性等。
热变形温度是指在一定载荷下,塑料试样在一定时间内受热后发生变形的温度。
这是衡量塑料耐热性能的重要指标之一,通常采用热变形温度测试仪进行测试。
而热老化性能则是指塑料在长期高温环境下的稳定性能,通过加速老化试验来评估塑料的耐热性能。
此外,热稳定性是指塑料在高温环境下的稳定性能,通过热失重试验来评估。
其次,塑料耐热性测试的方法和步骤也是非常重要的。
在进行热变形温度测试时,需要选择合适的试样尺寸和载荷,将试样放入热变形温度测试仪中进行测试。
在进行热老化性能测试时,需要将试样放入恒温恒湿箱或热风循环干燥箱中进行加速老化试验。
而在进行热稳定性测试时,需要将试样放入热失重试验仪中进行测试。
在进行这些测试时,需要严格按照相关标准和规范进行操作,确保测试结果的准确性和可靠性。
最后,塑料耐热性测试的意义和应用也是非常广泛的。
通过对塑料耐热性能的测试,可以评估塑料在高温环境下的稳定性能,为塑料制品的设计和选材提供重要依据。
在汽车、电子产品、航空航天等领域,对塑料耐热性能的要求非常严格,因此相关的测试工作显得尤为重要。
通过对塑料耐热性能的测试,可以有效提高塑料制品在高温环境下的使用性能,延长其使用寿命,保证产品质量和安全性。
综上所述,塑料耐热性测试是非常重要的,它涉及到塑料制品在高温环境下的稳定性能,对于保证产品质量和安全性具有重要意义。
只有通过科学严谨的测试方法和标准,才能够准确评估塑料的耐热性能,为塑料制品的设计和应用提供可靠的依据。
希望本文的介绍能够对塑料耐热性测试有所帮助,为相关领域的科研工作和生产实践提供一些参考和借鉴。
材料老化测试材料老化是指材料在长期使用过程中,由于受到外部环境的影响,其性能逐渐发生变化的过程。
材料老化会导致材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等性能下降,从而影响材料的使用寿命和安全性。
因此,对材料老化进行测试和评估是非常重要的。
一、老化测试的目的。
材料老化测试的主要目的是评估材料在长期使用过程中的性能变化情况,包括材料的物理性能、化学性能、热性能等方面。
通过测试,可以及时发现材料的老化情况,预测材料的寿命,为材料的选用和设计提供依据。
二、老化测试的方法。
1. 加速老化测试,通过对材料进行人工加速老化,模拟长期使用过程中的环境影响,如高温、高湿、紫外线照射等,以加速材料老化的过程,从而快速评估材料的老化情况。
2. 自然老化测试,将材料置于自然环境中,长期暴露在自然光、空气、水分、温度变化等因素下,观察材料的性能变化情况,以评估材料的自然老化规律。
三、老化测试的内容。
1. 物理性能测试,包括材料的强度、硬度、韧性、断裂伸长率等性能的测试,以评估材料的力学性能变化情况。
2. 化学性能测试,包括材料的化学成分、耐腐蚀性能、耐磨性能等方面的测试,以评估材料的化学性能变化情况。
3. 热性能测试,包括材料的热膨胀系数、热导率、热稳定性等方面的测试,以评估材料的热性能变化情况。
四、老化测试的意义。
1. 评估材料的使用寿命,通过老化测试,可以及时发现材料的老化情况,预测材料的使用寿命,为材料的选用和设计提供依据。
2. 提高材料的稳定性,通过对材料的老化性能进行评估和改进,可以提高材料的稳定性和可靠性,延长材料的使用寿命。
3. 保障产品的质量,材料是产品的基础,通过对材料老化进行测试,可以保障产品的质量和安全性,避免因材料老化而导致的产品质量问题。
五、老化测试的发展趋势。
随着科学技术的不断发展,老化测试技术也在不断创新和完善。
未来,老化测试将更加注重对材料老化机理的深入研究,开发更加精准、可靠的测试方法,为材料的老化行为提供更加全面、准确的评估。
PCABS塑料热老化测试标准1.目的和范围本测试标准旨在规定PCABS塑料在热老化条件下的性能测试方法、测试条件、频率和间隔,以及数据记录与分析的要求。
本标准适用于PCABS塑料制品的热老化测试。
2.测试方法2.1 样品制备选择具有代表性的PCABS塑料样品,表面应无瑕疵、划痕和气泡等缺陷。
样品应具有相同的厚度和尺寸,并按照相关标准进行加工和制备。
2.2 温度控制将样品放置在具有恒温控制的环境中,保证温度波动不超过±2℃。
根据需要,可以使用恒温箱或恒温烘箱等设备。
2.3 时间控制根据实验目的和要求,设定所需的热老化时间。
从开始测试至结束测试的总时间不应超过样品热老化的总时长。
2.4 样品取出与评价在规定的时间间隔后,从恒温环境中取出样品,并对其外观、颜色、变形等情况进行观察和评价。
同时,应记录下每个时间间隔的测试数据。
3.测试条件3.1 温度等级根据PCABS塑料的耐热性能,选择适当的温度等级进行测试。
通常情况下,可选择的环境温度范围为70℃至150℃。
3.2 湿度等级为了模拟实际使用环境中的湿度条件,可选择在一定湿度条件下进行热老化测试。
湿度的选择应考虑PCABS塑料制品的实际使用环境。
3.3 光源照射在某些情况下,光源照射会对PCABS塑料的热老化性能产生影响。
因此,在测试过程中可选择适当的可见光或紫外光照射条件。
4.测试频率和间隔根据制品的使用环境和寿命要求,确定适当的测试频率和间隔。
通常情况下,可每24小时或48小时进行一次外观观察和性能测试。
在关键性能指标发生变化时,应适当增加测试频率。
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加热老化实验的标准加热老化实验通常用于评估材料、产品或设备在高温环境下长时间使用后的性能稳定性。
有关加热老化实验的标准通常取决于所研究的具体材料或产品类型。
以下是一些可能与加热老化实验相关的常见标准:1.ASTM D573 - Standard Test Method for Rubber—Deterioration in an Air Oven:该标准适用于橡胶材料,描述了在空气烘箱中进行的加热老化实验的程序。
2.ISO 188 - Rubber, vulcanized or thermoplastic —Accelerated ageing and heat resistance tests:这是一个国际标准,适用于橡胶材料的老化和耐热性测试。
3.ASTM D3895 - Standard Test Method for Oxidative-Induction Time of Polyolefins by Differential Scanning Calorimetry:用于聚烯烃(polyolefins)的氧化感应时间测定,该测试方法可以用于评估材料的热老化性能。
4.ASTM E1858 - Standard Test Methods for DeterminingOxidation Induction Time of Hydrocarbons by Differential Scanning Calorimetry:该标准适用于石油产品,描述了使用差示扫描量热仪进行氧化感应时间测定的方法。
5.ASTM G85 - Standard Practice for Modified Salt Spray (Fog)Testing:这是一个通用的耐腐蚀性测试标准,包括高温、湿度和盐雾等条件,适用于金属和涂层的老化性能评估。
6.IEC 60068-2-2 - Environmental testing - Part 2-2: Tests -Test B: Dry heat:该标准是国际电工委员会(IEC)的一部分,涉及干热环境测试的规范。
实验五 聚合物差热热重同时热分析法差热分析是在温度程序控制下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。
简称DTA(Differential Thermal Analysis)。
在DTA 基础上发展起来的另一种技术是差示扫描量热法。
差示扫描量热法是在温度程序控制下测量试样相对于参比物的热流速度随温度变化的一种技术。
简称DSC (Differential Scanning Calorimetry )。
试样在受热或冷却过程中,由于发生物理变化或化学变化而产生热效应,这些热效应均可用DTA 、DSC 进行检测。
DTA 、DSC 在高分子方面的应用特别广泛。
它们的主要用途是:①研究聚合物的相转变,测定结晶温度T c 、熔点T m 、结晶度X D 、等温结晶动力学参数。
②测定玻璃化转变温度T g 。
③研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应,测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数。
图1 是聚合物DTA 曲线或DSC 曲线的模式图。
当温度达到玻璃化转变温度T g 时,试样的热容增大就需要吸收更多的热量,使基线发生位移。
假如试样是能结晶的,并且处于过冷的非晶状态,那么在T g 以上可以进行结晶,同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。
进一步升温,结晶熔融吸热,出现吸热峰。
再进一步升温,试样可能发生氧化、交联反应而放热,出现放热峰,最后试样则发生分解,吸热,出现吸热峰。
当然并不是所有的聚合物试样都存在上述全部物理变化和化学变化。
通常按图2 a 的方法确定T g :由玻璃化转变前后的直线部分取切线,再在实验曲线上取一点,使其平分两切线间的距离∆,这一点所对应温度即为T g 。
T m 的确定对低分子纯物质来说,象苯甲酸,如图2 b 所示,由峰的前部斜率最大处作切线与基线延长线相交,此点所对应的温度取作为T m 。
对聚合物来说,如图2 c 所示,由峰的两边斜率最大处引切线,相交点所对应的温度取作为T m 。
聚合物的长时间热老化测试(LTTA)
(2008-11-18)
相对温度指数(RTI),是聚合物应用於高温条件时的重要指标。
聚合物的长期热老化试验就是测试材料RTI等性能以判定材料性的重要测试方法。
许多工程师及物料供货商最常听到也最怕听到的,就是“最高操作温度” ( Maximum Operating Temperature,MOT )或者是“相对温度指数”(Relative Thermal Index,RTI),因为这些数值几乎决定了一种物料是否适用于某种成品。
对于成品生产商而言,如果在进行成品安全测试时所录得的操作温度高于所用物料的最高容许温度,几乎就只有两个可行的选择:
1、改用其它可承受较高温度的物料;
2、更改成品设计,以降低对操作温度的要求。
但这两个选择,却有可能大大增加研发成本,甚至拖延研发周期,因为对复杂的产品设计而言,往往一点小变动也会牵一发而动全身。
所以,选择合适或较高 RTI 的物料是获得更佳成本效益的方法。
对物料供货商而言,能够提供高于原本类别(Generic)RTI 的物料是提高他们产品竞争力的因素之一。
究竟怎样能够有效地确认物料的 RTI?答案是通过 LTTA 测试。
LTTA的定义及相关标准
LTTA 是一项相当专业且应用广泛的测试项目。
所谓LTTA,是Long
Term Thermal Aging,即长时间热老化测试的缩写。
UL公司提供该测试项目以及详细的相关标准:例如
? UL 746B 聚合物材料标准――长期特性评估
? UL 746A 聚合物材料标准――短期特性评估
作为UL 的基础测试项目,LTTA最常用于评估聚合物材料的特性,如工程塑料等。
以大约5,000至10,000小时的“加速”热老化结果,推断物料的指定特性在100,000小时(即半衰期)能承受的最高温度,也就是相对温度指数(RTI)。
换句话说,相对温度指数显示了某种物料特性的抗热能力,即物料若长期暴露在最高容许温度下,仍能保持该种特性的能力。
因为聚合物材料的用途很多,如电、热、外力等,所以在未设定用途的情况时,聚合物材料的每种特性均有不同的 RTI 值。
此外 LTTA 测试也会用于评估系统及成品的整体特性,而适用于整个系统及成品的最高容许温度,则称为最高操作温度(MOT)。
MOT 是用在已知用途的情况下,对物料组件组合成系统及成品所定的限制;换言之,也就是针对整个系统及成品的整体评估与限制。
UL 均会在每个相关标准标示出“MOT 不可高于系统内任何一个组件以及任何
一个相关特性的额定温度数值”。
LTTA与一般安全测试的差异
没有接受过热老化测试的物料,会被假定其相对温度指数与原本类别(Generic)物料的数值相同。
当物料被用于某种产品设计上,而该产品的操作温度比物料的原本类别相对温度指数较高时,便可通过LTTA 测试来确定物料的实际相对温度指数、在长时间使用的极限安
全温度与使用环境,以判断该物料是否适用于该产品上。
原本类别物料的相对温度指数是参考过往的测试数据和化学结构推算出来,在UL 746B (聚合物材料标准―长期特性评估)内附有普通级别物料的相对温度指数列表。
LTTA与一般安全性或是功能性测试的概念与方法几乎可以说是完全不同,其特别之处在于LTTA并不像安全性测试一样有预设测试截止时间,也不像功能性测试有可用于比较的预设测试条件的限制。
LTTA 所要观察的是三个变量“时间、温度、特性”之间的关系,因为控制变因的设计,使得LTTA不太像是一种“测试”,反而比较像是“实验”,所以LTTA是根据这三个变量来进行设计与观察,从而得出变量之间的理化关系式。
LTTA测试过程
适用物料
任何含有“有机聚合物”的物料,无论是热塑性、热固性还是弹性的有机聚合物,均由分子大小不同、结构不同以及聚合度不一的巨型分子所混合而成,而物料的特性会与混合的分子结构、分子量分布、分子量大小有相当大的关联。
虽然因为分子间结合力不强最容易加工,但也因此最容易产生裂解现象,所以这些物料都需要接受LTTA测试。
而单一元素物料如铁、铝、硅等属于单原子分子,所以即使历经加热及降温,也不会出现物料质量劣化的现象。
至于无机低分子量物料,如陶瓷,只有在温度高于1000的情况下,它的质量才会劣化,但一般消费产品的操作温度从不会高达1000。
因此,这些物料无需接受
LTTA 测试。
金属合金的特性改变则是与分子排列的重组有关,与制
作过程的关联性远大于与热的关联性,所以也不适合进行 UL 的LTTA 测试。
因此,有机聚合物物料或是含有“有机聚合物”物料的
系统及成品,就是LTTA所必须评估的对象。
测试方式
LTTA通过观察三个变量:时间、温度和特性之间的关系,决定材料
长期使用的极限安全温度与使用环境。
LTTA 的进行方式与观测放射性元素衰变的方法很像,在不加入反应
物或是没有其它影响裂解的元素出现的情况下,观察温度和时间对物料特性衰变的影响。
为了避免温度对仪器造成的影响,测试本身并不在高温下进行,而是让物料在指定温度和时间下进行测试,将物料冷却至室温,再进行相同的测试,以观察其特性的衰退情况。
在简化评估的要求下,可以采用“固定时间、改变温度(Fix Time Frame Method, FTFM)”或“固定温度、改变时间(Fix Temp)”的方法来进行测试。
之后从每一组温度与时间的关系中,找出某个温度下的半衰期,再藉由温度与半衰期的关系,外推至指定半衰期的温度,从而得出物料每项特性的相对温度指数。
为增强测试资料的可比较性,也会引入已知特性的控制组物料对照,利用二组物料来进行比对测试,办法是利用控制组物料在同一测试条件下的测试结果,与待测试物料的资料比较及作适当的偏差修正。
LTTA的优势
截至目前,尚没有其它更有效更快速的方案能够替代LTTA,其优势
具体表现在三个方面。
配合更多客户群的需要
物料本身的 RTI 低于成品在正常或不正常的操作环境下产生的最高操作温度(MOT),这属于“安全性”的问题,如果物料的 RTI 不改善,客户很可能就会寻找更高 RTI 的物料,而直接更换物料供货商了。
所以,较高 RTI 的物料,更能够配合不同客户群的需要。
满足高品质客户的需求
更高的 RTI 代表可以耐受更高的温度或是在相同温度下有更高的强度,所以在产品操作环境温度需求不变的情况下,RTI 更高的物料通常可以使用更长的时间,减少成品维修的机会与成本,更能够满足高品质客户的需求。
建立可持续性竞争优势
如以上两点,高 RTI 的物料本身就具有较高的附加价值,在原料成本差异不大的情况下,更能够争取到客户的较高利润订单。
(本文由UL公司提供)。