热老化试验(质量损失)检测
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发布时间:2025-07-15 03:01:44 更新时间:2025-07-14 03:01:45
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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热老化试验(质量损失)是评估高分子材料、塑料、橡胶、涂料、电线电缆绝缘层等制品在长期暴露于高温环境下的稳定性和耐久性的关键手段之一。该试验的核心目的在于模拟材料在特定高温条件下经历一段时间后,由于热降解、氧化、挥发分损失、添加剂迁移或分解等原因导致的质量变化。通过精确测量材料在热老化前后的质量差值(通常以质量损失百分比表示),可以定量评估材料的热稳定性、使用寿命预测及其在高温应用场景下的可靠性。这对于产品的质量控制、材料筛选、配方优化及安全寿命评估具有极其重要的指导意义,广泛应用于汽车、电子电气、航空航天、建筑、新能源等领域。
热老化试验(质量损失)的核心检测项目主要包括:
1. 质量变化率: 这是最核心的指标,计算式为 (试验后质量 - 试验前质量) / 试验前质量 × 100%。结果可正可负,正值表示质量增加(可能是氧化增重),负值表示质量损失。
2. 外观变化评估: 虽然重点是质量损失,但试验后通常同步观察并记录样品表面状态的变化,如颜色变化(泛黄、变深、变浅)、表面光泽度改变、裂纹、起泡、粉化、变形、粘性变化等。
3. (可选)性能变化关联: 有时会将质量损失结果与老化后材料的力学性能(拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度等)、电性能(绝缘电阻、介电强度等)或化学结构变化(红外光谱分析)等关联起来,综合评价材料的热老化行为。
进行热老化试验(质量损失)所需的主要仪器包括:
1. 热老化试验箱: * 功能: 提供恒定的、受控的高温环境。内部空气应均匀循环,避免局部过热或温度梯度。 * 关键要求: * 温度范围: 应覆盖试验所需温度(通常在70°C至300°C或更高)。 * 温度均匀性: ±1°C至±3°C(根据标准要求)。 * 温度波动度: ±1°C内。 * 换气速率: 部分标准要求控制空气交换次数(如GB/T 3512中规定每小时8-20次),以排除挥发性产物并提供新鲜空气促进氧化。需要配备流量计和调节阀门。 * 材质: 内胆及风道应采用耐腐蚀(如不锈钢)且不易释放污染物的材料。 * 样品架: 应使用低热容、耐高温、不易污染样品且不释放挥发性物质的材料(如不锈钢丝网),确保样品各面充分暴露于热空气中。
2. 精密分析天平: * 功能: 精确称量样品在老化前后的质量。 * 关键要求: * 精度: 至少达到0.1mg (0.0001g),精度越高,对小质量损失的测量越准确。 * 量程: 满足样品称量范围要求。 * 使用环境: 应放置在温度稳定、无振动、无风的环境中(如带防震台的恒温恒湿房间)。称量前样品需在标准实验室环境(如23±2°C,50±10%RH)下冷却至恒重并平衡。
3. 干燥器与干燥剂: * 功能: 用于冷却和储存老化后的样品,防止其在冷却过程中吸收空气中的水分,影响质量测量的准确性。常用干燥剂为变色硅胶或分子筛。
4. (可选)试样制备设备: 如裁刀、模具、冲压机等,用于将材料制成标准尺寸和形状的试样。
热老化试验(质量损失)的标准操作流程通常包括以下步骤:
1. 样品制备: * 根据相关标准(如GB/T, ISO, ASTM)规定,制备规定数量、形状(如方形、圆形、条状)和尺寸(如50mm×25mm×厚度)的试样。 * 试样应清洁、无缺陷、边缘光滑。
2. 初始状态调节与称量: * 将试样置于标准实验室环境(如23±2°C,50±10%RH)中调节规定时间(通常≥24h)以达到平衡。 * 用精密分析天平称量每个试样的初始质量(m₀),精确至0.1mg或更高精度,并记录。
3. 装载与老化: * 将试样悬挂或平放在试验箱内的样品架上,确保试样之间、试样与箱壁之间有足够的空间(通常≥10mm),保证空气自由流通,避免相互接触或热屏蔽。 * 关闭箱门,启动试验箱。设定所需的试验温度和持续时间(如7天、14天、28天或根据产品规格要求),并按要求设定(或监测)换气速率。 * 试验温度和时间的选择应基于材料的预期使用温度和寿命评估需求,并参考相关标准。
4. 取出与冷却: * 老化时间结束后,迅速(在短时间内,如≤10s)将试样从试验箱中取出。 * 立即将试样放入干燥器中(避免试样在热态下长时间暴露于空气中吸收水分)。 * 在干燥器中冷却至室温(通常≥2h)。
5. 最终称量: * 将冷却至室温的试样从干燥器中取出。 * 迅速用精密分析天平称量每个试样的最终质量(m₁),精确度与初始称量相同,并记录。
6. 结果计算:
* 计算每个试样的质量变化率:
`Δm (%) = [(m₁ - m₀) / m₀] × 100%`
* 计算同组试样质量变化率的算术平均值。
* 记录样品外观的任何显著变化。
7. 报告: * 包括试验标准、试验温度、持续时间、换气速率、试样详情(材质、厚度、颜色、初始质量)、单个试样质量变化率、平均值、外观变化描述、试验日期等。
热老化试验(质量损失)的检测方法有众多国家和国际标准进行规范,以下是一些常用标准:
中国国家标准 (GB/T): * GB/T 7141-2008 《塑料热老化试验方法》: 适用于塑料及制品在强制通风条件下的热老化试验,详细规定了试验设备、试样、程序、结果表示等,是塑料行业最常用的基础标准之一。 * GB/T 3512-2014 《硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验》: 专门针对橡胶材料的热老化试验,也包含质量损失评估。 * GB/T 2951.12-2008/IEC 60811-1-2:1985 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第12部分:通用试验方法—热老化试验方法—质量损失试验》: 专用于电线电缆绝缘和护套材料的热老化质量损失试验。
国际标准 (ISO): * ISO 188:2011 《Rubber, vulcanized or thermoplastic -- Accelerated ageing and heat resistance tests》: 橡胶热老化的国际通用标准,包含空气烘箱法及质量损失评估。 * ISO 2578:1993 《Plastics -- Determination of time-temperature limits after prolonged exposure to heat》: 确定塑料长期受热后时间-温度极限的方法,通常涉及多个老化周期后的性能(包括质量)变化。
美国材料与试验协会标准 (ASTM): * ASTM D3045-92(2018) 《Standard Practice for Heat Aging of Plastics Without Load》: 塑料在无载荷条件下的热老化标准实施规程,包含质量损失测量。 * ASTM D573-04(2019) 《Standard Test Method for Rubber—Deterioration in an Air Oven》: 橡胶在空气烘箱中劣化的标准试验方法(主要
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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