Các phương pháp thử nghiệm lão hóa cấp tốc

Thế Nào Là Thử Nghiệm Lão Hóa?

Thử nghiệm lão hóa chủ yếu đề cập đến thử nghiệm lão hóa oxy nhiệt đối với cao su, sản phẩm nhựa, vật liệu cách điện và các vật liệu khác; hoặc thử nghiệm lão hóa thông gió cho các linh kiện điện tử và các sản phẩm nhựa.

7 phương pháp thử nghiệm lão hóa:

Hiện nay, có nhiều phương pháp thử nghiệm lão hóa để nghiên cứu vật liệu polyme, chủ yếu bao gồm thử nghiệm lão hóa khí hậu, thử nghiệm lão hóa UV, thử nghiệm lão hóa Ozone, thử nghiệm lão hóa nhiệt độ cao, thử nghiệm lão hóa biến đổi nhiệt độ cao và thấp, thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm, thử nghiệm lão hóa môi trường, thử nghiệm lão hóa sương muối .v.v.

01 Thử nghiệm lão hóa khí hậu

- Thử nghiệm lão hóa khí hậu chính là một phương pháp nghiên cứu cho phép các mẫu thử nghiệm của vật liệu polyme tiếp xúc với điều kiện môi trường khí quyển, từ đó thu được quy luật lão hóa của các mẫu vật liệu tiếp xúc với môi trường khí quyển, phân tích các đặc tính của vật liệu polyme, đồng thời dự đoán tuổi thọ của chúng.

- Thử nghiệm lão hóa khí hậu có thể chia làm hai loại:

 + Một trong số đó là thử nghiệm phơi nhiễm tự nhiên, tức là để mẫu thử nghiệm vật liệu polyme được tiếp xúc với môi trường khí quyển thực, để thu được trạng thái lão hóa của vật liệu trong môi trường thực, những thông tin về độ lão hóa thu được bằng phương pháp thử nghiệm lão hóa này là chính xác nhất, là phương pháp hiệu quả nhất để có được trạng thái lão hóa của vật liệu polyme, nhưng thời gian chu kỳ của phương pháp thử nghiệm này quá dài, tốn nhiều thời gian và công sức. Người ta đã tiến hành các thử nghiệm tiếp xúc không khí trong hơn một năm ở Florida của Mỹ, Vạn Ninh, Mạc Hà và Vũ Hán của Trung Quốc,v.v.

+ Phương pháp còn lại là thử nghiệm lão hóa khí hậu nhân tạo. Thử nghiệm lão hóa khí hậu nhân tạo tức là phương pháp thử nghiệm lão hóa mà trong đó người ta mô phỏng điều kiện môi trường khí quyển thực trong nhà hoặc tăng cường một yếu tố môi trường nào đó để thu được trạng thái lão hóa của vật liệu trong thời gian ngắn, đây còn được gọi là lão hóa mô phỏng nhân tạo hoặc lão hóa gia tốc nhân tạo. Lão hóa khí hậu nhân tạo thường được thực hiện trong buồng lão hóa khí hậu nhân tạo. Các buồng thử nghiệm lão hóa khí hậu nhân tạo thường được sử dụng chủ yếu bao gồm buồng thử nghiệm lão hóa khí hậu đèn xenon, buồng thử nghiệm lão hóa khí hậu đèn huỳnh quang và buồng thử nghiệm lão hóa khí hậu đèn hồ quang carbon, v.v. Các loại buồng thử nghiệm lão hóa khí hậu này mô phỏng hoặc tăng cường các yếu tố môi trường tự nhiên từ các yếu tố khí hậu chủ yếu như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, mưa hoặc ngưng tụ để thự hiện lão hóa vật liệu. Ngoài ra, thử nghiệm lão hóa vật liệu còn cần phải thực hiện theo các tiêu chuẩn kiểm tra nhất định.

02.Thử nghiệm lão hóa UV

- Tia UV trong ánh sáng mặt trời, vì năng lượng ánh sáng của nó tương đương với năng lượng liên kết của các liên kết hóa học polyme, có thể gây ra sự đứt gãy của chuỗi hợp chất polyme, đây là yếu tố chủ yếu dẫn đến sự lão hóa của vật liệu polyme.

 - Thử nghiệm lão hóa UV là một phương pháp thử nghiệm mà trong đó các mẫu thử nghiệm lão hóa của vật liệu polyme được đặt tiếp xúc trong môi trường ánh sáng cực tím, để thu được trạng thái và quy luật lão hóa của vật liệu polyme.

- Thông thường, thử nghiệm lão hóa UV sẽ chỉ định vùng cực tím và cường độ bức xạ, chẳng hạn như 40W / m2, trong dải bước sóng 300nm-400nm. Các nguồn sáng được sử dụng trong thử nghiệm lão hóa UV thường bao gồm đèn xenon, đèn huỳnh quang, đèn tritium và đèn deuterium, trong đó, đèn xenon có thể mô phỏng rất tốt quang phổ mặt trời và đèn huỳnh quang có thể mô phỏng tốt phổ của tia cực tím trong ánh sáng mặt trời, năng lượng cung cấp của đèn tritium khá mạnh, thường dùng để gia tăng tốc độ thử nghiệm lão hóa.

03.Thử nghiệm lão hóa Ozone

- Ozone là một loại khí cực kỳ hiếm trong khí quyển, nhưng nó có khả năng phá hủy các vật liệu polyme cực kỳ lớn, Ozone có thể có phản ứng hóa học không thuận nghịch với các liên kết không bão hòa và các gốc hoàn nguyên trong cấu trúc hóa học của vật liệu polyme, dẫn đến vật liệu polyme trải qua quá trình phân hủy oxy hóa thoái biến, từ đó mất đi giá trị sử dụng. Đặc biệt đối với chất liệu cao su có chứa liên kết đôi thì khả năng phá hủy được thể hiện cực kỳ mạnh

 - Ozone có hoạt tính mạnh, nó có thể phân tách ra oxy nguyên tử có hoạt tính mạnh hơn, phản ứng hóa học với các liên kết đôi trong phân tử cao su, làm cho cao su bị lão hóa, xuất hiện các hiện tượng như nứt, trở nên giòn hơn .v.v. Thử nghiệm lão hóa Ozone của vật liệu polyme thường được thực hiện trong buồng thử nghiệm lão hóa Ozone, Ozone được cung cấp bởi máy tạo Ozone, có thể điều chỉnh nồng độ của nó bằng cách trộn với không khí bằng máy trộn, nồng độ Ozone thường được xác định tùy theo điều kiện môi trường ở nơi mà vật liệu được sử dụng thực tế.

-  Ngoài ra, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, v.v trong buồng thử nghiệm lão hóa Ozone cũng có thể được điều chỉnh để đạt được mục đích thử nghiệm, thu được khả năng chống lão hóa Ozone của vật liệu cũng như trạng thái và quy luật lão hóa Ozone.

04.Thử nghiệm lão hóa nhiệt độ cao

- Nhiệt là một trong những yếu tố chính gây ra sự lão hóa của vật liệu polyme, nhiệt có thể làm tăng tốc độ chuyển động của các chuỗi liên kết polyme, làm đứt gãy các chuỗi polyme, tạo ra các gốc tự do hoạt tính, sinh ra các phản ứng chuỗi gốc tự do, gây thoái biến polyme hoặc tạo ra liên kết chéo, thử nghiệm lão hóa nhiệt độ cao là một trong những phương pháp thử nghiệm chủ yếu để đánh giá vật liệu polyme và nghiên cứu khả năng chống lão hóa của vật liệu polyme, thường được thực hiện trong buồng thử nghiệm làm khô, thông gió, nhiệt độ không đổi.

- Nhiệt độ trong buồng làm khô có thể được thiết lập theo yêu cầu thử nghiệm, và vật liệu polyme thường xuyên được lấy mẫu và thử nghiệm khi tiếp xúc với môi trường khô, để thu được trạng thái và quy luật lão hóa của vật liệu polyme, từ đó thay đổi vật liệu polyme một cách có mục tiêu, cải thiện đặc tính sử dụng của nó.

05.Thử nghiệm lão hóa biến đổi nhiệt độ

- Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng dẫn đến sự lão hóa của vật liệu polyme, đối với chất kết dính polyme, nhiệt độ cao có thể gia tăng tốc độ chuyển động của chuỗi chất kết dính polyme, nhiệt độ thấp có thể gây ra ứng suất bên trong chất kết dính polyme, sự biến đổi nhiệt độ cao thấp dẫn đến sự đứt gãy chuỗi liên kết các chất kết dính polyme, gây ra lão hóa.

- Đối với cao su, nhiệt độ cao có thể làm tăng tốc độ chuyển động nhiệt của chuỗi phân tử, khiến cao su sinh ra liên kết chéo, nhiệt độ thấp có thể làm cho chuỗi phân tử cao su bị đóng băng, làm cho cao su trở nên giòn hơn, giảm độ đàn hồi, và gây ra lão hóa. Thử nghiệm lão hóa biến đổi nhiệt độ cao và thấp là một phương pháp thử nghiệm lão hóa để đánh giá khả năng chịu nhiệt của vật liệu polyme, thường được thực hiện trong buồng thử nghiệm lão hóa biến đổi nhiệt độ, từ nhiệt độ nhất định T1 (thường là nhiệt độ phòng) đến nhiệt độ nhất định T2 với tốc độ gia nhiệt không đổi, duy trì nhiệt độ của T2 trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó giảm nhiệt độ đến nhiệt độ nhất định T3 với tốc độ giảm nhiệt không đổi, duy trì nhiệt độ T3 trong một khoảng thời gian nhất định rồi lại tăng nhiệt lên T1, đây được gọi là tuần hoàn nhiệt độ. Chu kỳ tuần hoàn có thể được xác định theo các yêu cầu thử nghiệm cụ thể.

06.Thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm

- Thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm là một phương pháp hiệu quả để đánh giá khả năng chống lão hóa của vật liệu polyme trong điều kiện môi trường có độ ẩm cao và nhiệt độ cao.

- Trong môi trường có độ ẩm cao, nước có thể xâm nhập vào trong vật liệu polymer, gây trương phồng vật liệu polyme, một số gốc ưa nước bị thủy phân dẫn đến vật liệu polyme bị thoái biến lão hóa .

- Ngoài ra, sự xâm nhập của nước vào vật liệu polyme cũng có thể gây ra sự hòa tan và di chuyển của các chất phụ gia bên trong vật liệu polyme, chẳng hạn như chất hóa dẻo, chất tạo phức và các chất khác, ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của vật liệu polyme. Dưới tác động của nhiệt độ cao, nhiệt có thể thúc đẩy sự xâm nhập của nước, và nhiệt có thể đẩy nhanh sự chuyển động của các chuỗi polyme, giảm lực giữa các phân tử, thúc đẩy sự xâm nhập của nước, và đẩy nhanh quá trình thoái biến của vật liệu polyme. Các vật liệu polyme khác nhau có phương pháp phối chế khác nhau, do đó cơ chế lão hóa nhiệt ẩm của chúng cũng khác nhau, khi thực hiện thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm, cần căn cứ theo các vật liệu polyme khác nhau để lựa chọn các tiêu chuẩn lão hóa khác nhau.

- Thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm thường được thực hiện trong buồng thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm, nhiệt độ và độ ẩm có thể tự thiết lập theo yêu cầu thử nghiệm.

07.Thử nghiệm lão hóa môi trường

- Một số vật liệu polyme nhất định cần phải ngâm trong một môi trường nhất định trong thời gian dài khi sử dụng, ví dụ vật liệu polyme trên trang thiết bị tham gia hoạt động hàng hải hoặc hoạt động dưới đáy biển trong thời gian dài thì phải ngâm trong nước biển một thời gian dài, một số bộ phận của máy bay phải tiếp xúc với nhiên liệu hàng không trong thời gian dài, v.v., đây đều đòi hỏi vật liệu polyme phải có khả năng chống lão hóa môi trường khá mạnh.

- Thử nghiệm lão hóa môi trường là một phương pháp thử nghiệm thường được sử dụng để đánh giá khả năng chống lão hóa môi trường của vật liệu polyme, và dự đoán tuổi thọ của nó trong một môi trường nhất định. Môi trường được sử dụng trong thử nghiệm lão hóa có thể được chuẩn bị tùy theo môi trường cụ thể mà vật liệu polyme được sử dụng, có thể là nước biển nhân tạo, nước muối, nước mưa, dung dịch axit-bazơ, dầu nhiên liệu và các dung môi hữu cơ khác