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高分子材料老化及壽命評估

 

 

五十路

    隨著科學技術的發展,高分子材料被廣泛應用於工業、農業、交通運輸、電子產品等領域,其發展狀況影響著整個國家的經濟和社會的建設。但高分子材料在儲存、運輸和使用過程中會受到陽光輻射、溫度、濕氣、氧氣等環境條件影響,容易發生老化使其性能降低,甚至失去使用價值。

    應用在工程及交通領域中的材料,壹旦失去使用價值,可能會造成致命的安全事故,如果對使用的材料提前進行壹個壽命周期評估,可以對產品進行定期更換及維護,避免引起安全事故,因此預測其老化壽命變得十分重要。

 

老化方法(DMA)

常用老化方法用途主要儀器
熱空氣加速老化試驗法:高溫常壓下的空氣中的老化試驗評估產品在加熱條件下的使用壽命高溫箱和熱老化試驗箱
濕熱加速老化試驗法:在壹定的濕、熱條件下老化試驗評估產品在熱、濕條件下的使用壽命恒溫恒濕箱和快速溫變濕熱試驗箱
人工氣候試驗法:模擬大氣環境中的光、氧、熱、濕度等因素的壹種人工加速老化試驗方法評估產品在光、氧、熱、濕度條件下的使用壽命氙弧燈光源、熒光紫外燈光源、開放式碳弧燈光源

 

常見壽命評估材料

打印機膠輥密封圈

 

高分子老化與壽命評估應用領域:

塑料管材電線電纜膠黏劑
塑膠汽車用品橡膠墊片及橡膠管橡膠油管

 

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測試案例:

高密度聚乙烯管材

● 要求:某電廠對新供HDPE管材,進行壽命評估。壹方面評估供應商材料性能是否合格,壹方面為後續的周期監管和維護方式做計劃。

● 實驗方案:在不同溫度和濕度條件下,檢測材料的拉伸強度,選擇拉伸強度下降到50%為失效終點,通過建模和公式估算材料實際運行條件下的使用壽命。

● 結論:經推算,其使用壽命為10年。

● 案件跟進: 截止到2018年10月,已使用3年,該電廠反饋仍在正常使用,效果良好,預在使用第8年開始重點監管和維護。

 

建築用電線和電纜

● 背景:由於線纜絕緣層在正常運行中逐步老化,如果使用時間超過規定年限,將可能引發漏電、火災等安全事故。但由於電纜價格較高,為節約成本,不少房屋和道路下的供電線纜都被過度使用,如今因電纜“超期服役”或劣質電纜引起的火災事故已不在少數。自1992年起,我國興建的大量商品房開始把布線方式從明線改為暗線,當時國產電線由於技術、工藝、材料等因素,國家標準產品使用壽命只有25年。住建部在濟南順利審查通過建築用電線和電纜兩項推薦性國家標準,新標準首次規定電線電纜使用壽命不低於70年,同步房屋產權的70年。

● 要求:某線纜料供應商,對新線纜產品(供貨海南)做壽命預估,是否滿足國家標準。

● 實驗方案:根據海南特殊的熱帶季風氣候,設定在不同溫度和濕度條件,檢測線纜材料的耐漏電起痕指數,試樣出現至少壹個耐漏電起痕即為失效終點,通過建模和公式估算材料實際運行條件下的使用壽命。

● 結論:經推算,其使用壽命為72年,符合標準。

● 案件跟進:至今仍在正常使用,線纜公司未收到任何客訴。

 

復合絕緣子矽橡膠傘裙

● 背景:復合絕緣子矽橡膠傘裙運行中主要有物理機械和電氣兩方面的問題,物理機械方面主要包括脆斷等問題,電氣方面除閃絡問題外,矽橡膠傘裙的老化是最主要的問題。尤其是閃絡後電弧掃過的矽橡膠傘裙表面出現發白、粉化(無機填料析出)、憎水性降低甚至消失等情況。

● 要求:某電網公司要對即將使用的壹批新的矽橡膠傘裙進行老化及壽命與預估。

● 實驗方案:根據該地區的環境和氣候條件,提出了老化特征指標:憎水性下降、硬度增加和抗撕裂強度變差。實驗過程中以上指標老化到中期老化特征即為實驗終點。以阿倫尼烏斯公式為基礎建立合適的模型,室內老化實驗的的時間推算自然環境下的壽命。

● 結論:預估矽橡膠傘裙的壽命是25年。

● 案件跟進:之前壹批使用了20年(未出現中期老化),這批替換矽膠傘裙,基本符合要要求。

 

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