聚全氟乙丙烯膜材料老化寿命推算

1、广州合成材料研究院有限公司老化研究所聚全氟乙丙烯膜材料寿命推算试验方案化学工业合成材料老化质量监督检验中心： 化学工业合成材料老化质量监督检验中心是通过中国合格评定国家认可委员会实验室认可（ CNAS L1135 ）和国家计量认证（ CMA2011001687B ）的具有公正地位的第三方检测机构。可对各种高分子材料（塑料、橡胶、涂料、胶黏剂）及其制品进行性能检测以及对化学品危险性鉴定分级。国家材料老化研究权威机构，国家老化标准起草者之一。广州合成材料研究院有限公司老化研究所二零一五年九月全氟聚丙烯膜材料寿命推算试验方案一、试验目的高分子材料作为一种新型材料，经过半个多世纪的发展，已在

2、各个工业领域中发挥了巨大的作用。但高分子制品使用过程中会因为老化而性能下降，甚至失效失去使用价值。高分子制品在应用中往往扮演着十分重要的角色，一旦使用中发生老化失效，必然会造成经济损失，更甚者可能导致环境破坏、人身伤亡事故，因此必须在制品老化失效前对其进行更换。在本着节约的原则下，又要最大化发挥高分子制品的功能。在节约和安全之间寻找平衡点，就必须要知道材料的储存或使用寿命。本试验的目的就是：应用氙灯及热空气人工加速老化的试验方法，推算全氟聚丙烯膜材料制品老化失效前的使用寿命。二、试验原理全氟聚丙烯膜材料在贮存和使用的过程中，受到光、热、氧、水分、应力等老化因素的作用，会发生氧化断链和交联等化学

3、过程，引起其物理机械性能下降和重量的减小，而丧失使用价值。对于室内使用的高分子材料，通常会采用热空气老化的试验方法，提高温度，加速其老化进程，评价材料的贮存或使用寿命。而对于户外使用的材料，可采用氙灯、紫外辐照等光老化试验方法，通过辐照度与太阳光的对应关系，参考我所多年来的数据积累和经验来判断材料的使用年限。根据委托方提供的资料，此次待测的全氟聚丙烯膜材料将用作大棚材料，应用的环境主要为户外。而光的老化是个由表及里、由浅入深的过程。最初，在材料表面会老化较快，但随后扩展缓慢，光的作用很难作用到制品内部。因此，此次寿命评价试验可分为两部分进行，一部分为氙灯辐照老化试验，模拟制品在户外应用时的情况

4、，主要因素为光、热、雨水等等；第二部分为热空气加速老化试验，即将制品内部可看作室内贮存，老化因素主要为热。室内寿命评价的原理是阿累尼乌斯（Arrhenius）定律，概述如下：在合适的试验温度下，把所选性能（机械性能、光学性能或电性能等）的数值变化看作是时间的函数，每隔一定的时间取出试样进行测试，继续该步骤直至所测性能达到其临界值为止。从而得出在该温度下老化的失效时间。通常一种材料选择4个温度进行试验，以失效时间的对数对选定温度（绝对温度）的倒数作图，所得到的直线可以外推到材料在使用温度下的失效时间（即寿命）。试验原理基于阿累尼乌斯公式。温度是影响化学反应速率的基本因素之一，温度越高，反应速率越

5、快。速率常数k与温度T的函数关系用阿累尼乌斯公式描述：其微分形式如下：d lnkdT=EaRT2其中k反应速率常数，min-1；A指前因子，min-1；Ea活化能，J/mol；T热力学温度，K。化学反应关系以式表示：Fx（t）=k（T）t 式中Fx（t）表示反应程度的函数；t反应时间，min。在不同的反应温度，以不同的反应速率，不同的反应时间，经相同的反应机理达到相同的反应程度时，其性能一致，即Fx（t）为一定值，把式带入式以式表示：Fxt=Aexp(-EaRT)t合并常数项后，以对数式表示：lnt=EaRT+B式体现了失效时间与温度之间的关系，是寿命推算的依据。三、试验依据GB/T 1642

6、2.2-2014 塑料实验室光源暴露试验方法第2部分：氙弧灯GB/T 7141-2008 塑料热老化试验方法GB/T 7142-2002塑料长期热暴后时间-温度极限的测定GB/T 1040.1-2006 塑料拉伸性能的测定第1部分：总则GB/T 1040.3-2006 塑料拉伸性能的测定第3部分：薄膜和薄片的试验条件GB/T7921-2008均匀色空间和色差公式HG/T 3862-2006 塑料黄色指数试验方法四、试验设备氙灯老化试验箱热空气老化试验箱万能试验机天平五、试验性能的选择5.1 选择原则材料使用时最主要需保持的性能，另外需考虑不同材料性能对老化的敏感程度，一般由委托方提供或双方协商

7、决定。当所需考察的性能较多时，可通过预实验初步选择几种老化下降较快的性能。但建议对主要性能均进行测试，因为预实验的时间短，不能反映性能下降的长期趋势，有些性能在初期下降缓慢，但中长期会有突降的情况发生。对于塑料类材料，可选用以下性能：拉伸性能、弯曲强度、冲击强度、压缩强度等。5.2 全氟聚丙烯膜材料性能的选择本次试验的材料为全氟聚丙烯膜材料，用途为大棚膜材料，环境为户外。主要期望能保持的性能有两个一是拉伸性能，包括拉伸强度和断裂伸长率；其二是外观，通过色差、变色评级反映。六、氙灯老化试验6.1 试验条件辐照度（nm）：W/m2nm；黑板温度：（63±3）；相对湿度：（65±

8、10）%；降雨周期18min/102min（喷水时间/不喷水周期时间）。6.2 试验周期初步建议10000h，分别在0h、500h、1000h、2000h、 4000h、6000h、8000h及10000h取样监控性能的变化。7、热空气老化试验7.1 试验温度的选择根据材料的特性温度（如热分解温度、熔点、玻璃化转变温度等）进行探索性试验，确定试验的最高温度T1，要求在最高试验温度时，所选测试性能达到临界值的时间不低于500h。T1确定后，选取另外3个试验温度T2=T1-a、T3=T1-2a、T4=T1-3a，a值大小依具体情况而定，一般取值为10、15或20。7.2临界值的选择以所选择的性能下

9、降到50%作为临界值，当被测性能达到临界值时即判为失效，此时对应的老化时间即为失效时间。临界值可根据产品性能要求的严苛程度而调整，具体指标由双方协商决定。7.3试验周期的设计试验时间一般为6-8个月，但全氟聚丙烯膜材料耐老化性能优异，预计需要更长的时间才能达到临界值。每个温度点安排10-15个周期的性能测试，各个温度点的取样周期可根据性能变化情况灵活调整。每个温度点下所测性能达到或降到临界值以下时，停止试验。温度T1T2T3T4预计试验时间，h500-1000100020004000八、试样要求拉伸样条：见GB/T 1040.3-2006 2型样条，需200mm×200mm膜片30片

10、以上，老化前后我方将裁制成样条约450条；光老化膜片：200mm×100mm，25片。九、氙灯老化试验步骤9.1将样品上架，放入氙灯老化箱，按照设定的条件开机，计时；9.2 每隔一定时间，停机，取出一批样品，根据选择的测试方法，调节后，在标准环境下进行色差、黄色指数及拉伸性能测试；9.3 重复9.1，直至试验结束。十、热空气老化试验步骤10.1在热老化前，根据选定的试验性能对一定数量的试样进行状态调节并在标准环境下进行原始性能测试。10.2 每种材料在恒定于4个选定温度的热老化箱中，投入所需数量的试样。10.3 在每个热老化周期结束后，从热老化箱中取出测试所需数量的试样进行状态调节。根据选择的测试方法，调节后，在标准环境下进行测试。10.4 直至所测试的性能数据达到相应的临界值时停止老化试验。10.5 根据老化时间及测试的相应数据，进行数据处理、撰写报告。十一、验收提供材料寿命推算详尽的测试原始记录和试验报告，并对委托方的项目验收提供技术协助。十二、风险分析由于材料的使用环境与试验条件存在一定的差别，本次试验得出的结论不保证与实际使用情况完全相符。联系方式：