老化特性检测_【CMA/CNAS认证】_中科光析科学技术研究所

老化特性检测技术综述

摘要：材料、元器件及产品在长期使用或贮存过程中，其性能随时间的推移而发生不可逆的退化现象，称为老化。老化特性检测是通过一系列物理、化学和环境模拟试验，系统评估与预测其寿命与可靠性的关键技术。本文系统阐述了老化检测的核心项目与方法、应用范围、相关标准及主要仪器设备，为工程实践与科学研究提供参考。

老化检测的核心在于模拟或加速实际使用环境中的应力，评估性能衰减。主要检测项目包括：

1.1 热老化试验

原理：基于阿伦尼乌斯方程，升高温度以加速材料内部的化学物理反应（如聚合物链降解、氧化、交联），在较短时间内模拟长期热效应。
方法：
- 烘箱热老化：将试样置于恒定高温烘箱中，定期取样测试其力学性能（拉伸强度、伸长率）、电气性能（绝缘电阻、介电强度）或外观变化。
- 热重分析（TGA）：在程序控温下测量样品质量随温度/时间的变化，用于分析材料的热稳定性、分解温度及组分含量。

1.2 光老化试验（耐候性试验）

原理：模拟太阳光中紫外线、可见光及红外线，以及温度、湿度、雨水等综合气候因素对材料（尤其是高分子材料、涂层）的破坏作用。紫外光能量高，易引发光氧化反应，导致颜料褪色、粉化、开裂、强度下降。
方法：
- 氙灯老化：采用氙弧灯模拟全光谱太阳光，可精确控制光照强度、黑板温度、箱体温度及湿度循环，是最接近真实太阳光的老化测试方法。
- 紫外荧光灯老化：采用紫外荧光灯管（如UVA-340， UVB-313）主要强化紫外波段，试验周期短，常用于比较筛选和质量控制。

1.3 湿热老化与潮热试验

1.4 机械应力老化

原理：评估在持续或循环机械应力作用下，材料的疲劳、蠕变和松弛性能。
方法：
- 疲劳试验：对试样施加循环载荷，测定其发生断裂或性能显著下降前的循环次数（S-N曲线）。
- 蠕变与应力松弛试验：在恒定载荷或恒定应变下，测量材料随时间的变形量或应力衰减。

1.5 电老化试验

原理：针对电气绝缘材料或电子元器件，评估在电场长期作用下的性能退化。
方法：
- 电热老化：在施加电压的同时产生焦耳热，综合电、热应力作用。
- 局部放电老化：检测和评估在高电压下绝缘内部或表面局部放电对材料的侵蚀破坏。

1.6 环境应力筛选（ESS）与高加速寿命试验（HALT）

老化特性检测广泛应用于对可靠性有严格要求的行业：

老化测试需遵循国内外公认的标准，以保证结果的可比性与权威性。

3.1 国际标准

ISO标准：
- ISO 188：橡胶或塑料热空气加速老化和耐热试验。
- ISO 4892-2：塑料实验室光源暴露方法第2部分：氙弧灯。
- ISO 9227：人造气氛腐蚀试验盐雾试验。
IEC标准（电气电子领域）：
- IEC 60216系列：电气绝缘材料耐热性测定指南。
- IEC 60068-2系列：环境试验第2部分：各种试验方法（如湿热、盐雾等）。
- IEC 61215：地面用光伏组件设计鉴定和定型。
ASTM标准（美国材料与试验协会）：
- ASTM D4329：塑料的荧光紫外灯暴露试验。
- ASTM G155：非金属材料曝光用氙弧灯设备操作标准规程。
- ASTM F1980：医疗器械无菌屏障系统加速老化试验标准指南。