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热空气老化（硬度变化、拉伸强度、拉断伸长率）检测

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发布时间：2025-06-01 09:03:19 更新时间：2025-05-31 09:03:19

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

引言

热空气老化测试作为一种常用的加速老化试验方法，广泛应用于橡胶、塑料、弹性体等高分子材料的耐久性评估中。该测试通过将材料样品暴露在高温空气环境中，模拟长期使用或存储过程中的热氧化降解过程，从而预测材料在实际应用中的寿命和性能变化。特别针对硬度变化、拉伸强度和拉断伸长率这三项关键性能指标进行检测，是评估材料力学性能退化的核心手段。在现代工业生产中，如汽车密封件、电线电缆绝缘层、医疗设备部件等领域，热空气老化测试能帮助企业优化材料配方、确保产品安全性和可靠性，避免因材料老化导致的失效风险。首段内容需详述其背景：热空气老化的原理基于材料在高温度下发生氧化反应，导致分子链断裂或交联增加，进而引起硬度上升、强度下降和延展性减弱。这不仅影响产品的功能完整性，还涉及成本控制和环境可持续性。因此，系统化地检测这些性能参数，对于材料研发、质量控制和标准合规至关重要。

检测项目

在热空气老化测试中，核心检测项目包括硬度变化、拉伸强度和拉断伸长率，这些指标直接反映材料的老化程度和力学性能退化。硬度变化指材料表面抵抗压入的能力变化，通常用邵氏硬度（如邵A或邵D）表示，老化后硬度增加可能表明材料脆化；拉伸强度是材料在拉伸过程中承受的最大应力，老化后强度下降预示材料承载能力减弱；拉断伸长率则是材料断裂前的伸长百分比，用于评估延展性，老化后该值降低显示材料变脆易断。这些项目共同构成材料抗老化能力的综合评价，例如在橡胶制品中，硬度变化超过10%或拉伸强度损失率高于20%时，可能标志材料已无法满足使用要求。检测这些项目能帮助识别潜在失效模式，如密封件硬化导致泄漏风险。

检测仪器

进行热空气老化测试所需的仪器主要包括热老化箱、万能材料试验机和硬度计。热老化箱是核心设备，用于提供恒定的高温空气环境（温度范围通常为70°C至150°C），内部配备空气循环系统和温度控制系统，确保均匀老化；常见的型号包括国产的DHG系列或进口的Memmert型。万能材料试验机用于测试拉伸强度和拉断伸长率，通过夹具夹持样品并施加拉力，实时记录应力-应变曲线，设备如Instron 3365或岛津AG-X系列，需配备高精度传感器。硬度计则用于测量硬度变化，常用邵氏硬度计（如LXR-A型）或国际橡胶硬度计（IRHD），操作时需对样品表面进行多点测试以获取平均值。此外，辅助仪器如样品切割机、厚度计和温湿度记录仪也必不可少，以确保测试数据的准确性和可重复性。

检测方法

热空气老化测试的方法遵循标准化流程，主要包括样品制备、老化处理、性能测试和数据分析四个步骤。首先，样品制备需按标准尺寸切割材料（如哑铃形或矩形试样），并测量初始硬度、厚度和重量。然后，将样品置于热老化箱中，设定特定温度（如100°C±2°C）和时间（如72小时），箱内空气流速保持恒定（通常1-2 m/s），以模拟加速老化。老化后，取出样品冷却至室温，避免热应力影响。接下来，使用硬度计测量硬度变化，在样品表面取多个点计算平均值；再用万能材料试验机进行拉伸测试，以恒定速率（如500 mm/min）拉伸样品，记录拉伸强度（最大应力值）和拉断伸长率（断裂时伸长百分比）。最后，数据分析比较老化前后的性能变化率，如硬度变化率=（老化后硬度-初始硬度）/初始硬度×100%，并生成测试报告。该方法强调重复测试（至少5个样品）以确保可靠性。

检测标准

热空气老化测试需严格遵循国际和国内标准，以确保测试结果的可比性和权威性。核心标准包括ISO 188（"Rubber, vulcanized or thermoplastic — Accelerated ageing and heat resistance tests"），该标准规定了热空气老化的通用要求，如温度容差和测试时间；针对拉伸性能，常参考ISO 37（"Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tensile stress-strain properties"）。美国材料与试验协会（ASTM）标准如ASTM D573（"Standard Test Method for Rubber—Deterioration in an Air Oven"）详细定义了老化箱操作和硬度变化评估。此外，国家标准如GB/T 3512（中国橡胶热空气老化测试方法）和JIS K 6257（日本工业标准）也广泛采用。标准中明确了测试条件：如温度选择基于材料类型（橡胶常用70-150°C），老化时间从24小时至数月不等，以及性能变化允许极限值（如拉伸强度保留率≥80%为合格）。这些标准确保了全球范围内的一致性和合规性。

结论

综上所述，热空气老化测试在硬度变化、拉伸强度和拉断伸长率方面的检测，是评估材料耐久性的关键手段。通过系统化的检测项目、专用仪器、标准方法和严格标准，企业能有效预测材料寿命、优化产品设计并满足行业规范。这不仅提升了产品质量和安全性，还为可持续发展提供了数据支持。未来，随着新材料技术的发展，这些检测方法将继续演进，融入更多自动化元素。