一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法，包括(1)确定所要求试验的高分子材料的标准环境应力积累值；(2)将高分子材料按照相关的老化加速标准要求制备成样品；(3)采用控制系统控制试验；(4)根据高分子材料干热环境性试验要求，采用双环境因素应力量化模型来计算高分子材料的实际环境应力积累值；(5)启动试验设备进行试验，测量并记录试验样品的温度、湿度、样品试验面的辐照总量，计算高分子材料的实际环境应力积累值；(6)当实际环境应力积累值达到标准环境应力积累值时，整个试验结束。该方法可以对高分子材料进行干热环境户外老化加速试验，从而实现相关产品的耐候性的质量控制。

【技术实现步骤摘要】
一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法
本专利技术涉及材料老化试验方法，具体是指一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法。
技术介绍
选择合适的试验方法和设备是开展材料老化性能检测评价及服役寿命研究的基础。目前，主要采用自然暴露试验试验方法，环境条件真实，但耗时一般较长，需要几个月到数年甚至更长时间，而且由于自然环境中的光、热、水等环境条件随时都会发生变化，不同时间开展的试验，结果具有一定的随机性，只能多次重复试验取其统计值。实验室加速试验通过人工模拟并强化影响高分子材料老化的某一因素或几种因素的作用而获得加速效果，试验条件可控，试验重复性也得到保证。但目前国际标准化组织(ISO)中与高分子材料相关的各技术委员会主要推荐使用的碳弧灯暴露试验、荧光紫外灯暴露试验、氙灯暴露试验以及太阳辐射模拟试验，其光源均为人工模拟光源，与太阳光谱均存在一定的差异，特别是紫外截止点的不同可导致高分子材料老化机理的改变，试验结果失去真实性。自然环境加速试验设备强化自然环境中影响高分子材料老化一个或多个环境因素，综合了自然暴露试验和实验室加速试验的优点，试验结果相关性好，同时节省了试验时间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法，该方法可以对高分子材料进行干热环境户外老化加速试验，从而实现相关产品的耐候性的质量控制。本专利技术的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)确定所要求试验的高分子材料在一定暴露时间内所接收的辐照与温度协同作用下的标准环境应力积累值，该标准环境应力积累值可以为被试高分子材料在相关老化加速试验标准中规定的标准值，或者根据具体干热环境中高分子材料的自然暴露试验的实测数据计算确定；(2)将高分子材料按照相关的老化加速标准要求制备成样品，安装固定在试样架上，将温度传感器安装在样品背面；(3)采用控制系统控制试验，根据高分子材料干热环境加速试验测试要求，向控制系统中输入温度控制条件，当样品所测得的温度高于或等于控制系统设定的最高温度时将启动超温保护功能，中止试验，待样品所测得的温度低于控制系统设定的最高温度后继续试验；(4)根据高分子材料干热环境性试验要求，采用双环境因素应力量化模型来计算高分子材料的实际环境应力积累值，所述的双环境因素应力量化模型公式如下：其中，A为破坏速率常数；I为样品试验面的太阳辐照量，其单位为MJ/m2；t为计算的时间间隔，单位为s；e为自然对数的底数；Ea为高分子材料的活化能，其单位为J/mol；R为摩尔气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T为样品的温度，其单位为℃；f(I,t)为太阳辐照及温度协同作用的实际环境应力积累值，由温度I及太阳辐射量T计算累加得到，其单位为MJ/m2；(5)启动试验设备进行试验，测量并记录试验样品的温度、湿度、样品试验面的太阳辐照量，并且将测得的参数传输给控制系统，通过(4)中的双环境因素应力量化模型公式来计算高分子材料的实际环境应力积累值；(6)当实际环境应力积累值达到标准环境应力积累值时，控制系统终止试验，整个试验结束。本专利技术中，所述的高分子材料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物高分子材料。本专利技术中，所述的干热环境为吐鲁番干热环境试验场。高分子材料的户外老化加速试验完成后，可对试验样品材料开展性能测试，对其耐候性进行质量评价。本专利技术的设备采用专利号ZL02250367.6的自然大气加速暴露试验装置，对其进行程序改进和开发，从而实现相关性更好的自然环境加速老化试验。与现有技术相比，本专利技术的方法可模拟干热环境对高分子材料进行户外聚光老化加速试验，通过温度和太阳辐照两个环境因素进行加速，并通过温度超限控制以及设定标准环境应力积累值的方式对试验进行控制，可以广泛应用于材料、光伏、汽车等相关产品的耐候性的质量控制。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。图1为采用本专利技术试验方法测试得到的环境数据与样品温度数据的部分截图；图2为采用本专利技术试验方法测试得到的环境数据与样品温度数据的剩余部分截图。具体实施方式本实施例用于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物高分子材料(以下缩写为EVA)的干热环境户外老化加速试验方法，干热环境为吐鲁番干热环境试验场，包括如下步骤：(1)确定所要求试验的高分子材料在一定暴露时间内所接收的辐照与温度协同作用下的标准环境应力积累值，该标准环境应力积累值为被试高分子材料在相关老化加速试验标准中规定的标准值，也可以根据具体干热环境中高分子材料的自然暴露试验的实测数据计算确定；(2)将高分子材料按照相关的老化加速标准要求制备成样品，安装固定在试样架上，将温度传感器安装在样品背面；(3)采用控制系统控制试验，根据高分子材料干热环境加速试验测试要求，向控制系统中输入温度控制条件，当样品所测得的温度高于或等于控制系统设定的最高温度时将启动超温保护功能，中止试验，待样品所测得的温度低于控制系统设定的最高温度后继续试验；(4)根据高分子材料干热环境性试验要求，采用双环境因素应力量化模型来计算高分子材料的实际环境应力积累值，双环境因素应力量化模型公式如下：其中，A为破坏速率常数；I为样品试验面的太阳辐照量，其单位为MJ/m2；t为计算的时间间隔，单位为s；e为自然对数的底数；Ea为高分子材料的活化能，其单位为J/mol；R为摩尔气体常数，R＝8.314J/(mol·K)；T为样品的温度，其单位为℃；f(I,t)为太阳辐照及温度协同作用的实际环境应力积累值，由温度I及太阳辐射量T计算累加得到，其单位为MJ/m2；(5)启动试验设备进行试验，测量并记录试验样品的温度、湿度、样品试验面的太阳辐照量，并且将测得的参数传输给控制系统，通过(4)中的双环境因素应力量化模型公式来计算高分子材料的实际环境应力积累值，本应用实例中，将1年的户外实验数据，实例中为2015年9月5日至2016年9月4日，进行统计计算应力累计值。在实验前，将EVA样品以暴露角度向南45度角固定安装在吐鲁番干热环境试验场，并监测材料表面温度。本实例的样品为将EVA材料两边以高透玻璃镶嵌压封后切割制成样片，为了不影响材料老化效果，在样品背面安装温度传感器。同时监测大气温度、湿度，以及样品表面的太阳辐照等。所有仪表每5分钟记录1次数据。对样品自然暴晒1年的数据进行统计处理，获得样品的表面温度数据的极值，用于设定试验限温参数。此期间测得样品的表面最高温度为62.4℃，选用62℃作为户外加速试验的极限设定值。实例将环境数据与样品温度数据列于同一excel表格中，见图1和图2，图1和图2为完整的图。其中J列为样品平面的辐照数据，K列为样品温度数据。L列用于计算每个单位时间积累的环境应力值。根据EVA的材料特性，选用活化能Ea＝45kJ/mol，将数值“45”输入到N1，R的值“8.314”输入到N2，为了方便计算此处A值定为“1”输入到N3。然后利用公式计算实际环境应力积累值。数据从第4行开始，则在L4处输入“＝J4*300/1000000*EXP(-$N$1/$N$2/(K4+273.15))”，得出以MJ/m2为单位的5分钟时间段的应力积累值。对L列此后的单元格都做相应的处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)确定所要求试验的高分子材料在一定暴露时间内所接收的辐照与温度协同作用下的标准环境应力积累值，该标准环境应力积累值可以为被试高分子材料在相关老化加速试验标准中规定的标准值，或者根据具体干热环境中高分子材料的自然暴露试验的实测数据计算确定；(2)将高分子材料按照相关的老化加速标准要求制备成样品，安装固定在试样架上，将温度传感器安装在样品背面；(3)采用控制系统控制试验，根据高分子材料干热环境加速试验测试要求，向控制系统中输入温度控制条件，当样品所测得的温度高于或等于控制系统设定的最高温度时将启动超温保护功能，中止试验，待样品所测得的温度低于控制系统设定的最高温度后继续试验；(4)根据高分子材料干热环境性试验要求，采用双环境因素应力量化模型来计算高分子材料的实际环境应力积累值，所述的双环境因素应力量化模型公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种高分子材料的干热环境户外老化加速试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)确定所要求试验的高分子材料在一定暴露时间内所接收的辐照与温度协同作用下的标准环境应力积累值，该标准环境应力积累值可以为被试高分子材料在相关老化加速试验标准中规定的标准值，或者根据具体干热环境中高分子材料的自然暴露试验的实测数据计算确定；(2)将高分子材料按照相关的老化加速标准要求制备成样品，安装固定在试样架上，将温度传感器安装在样品背面；(3)采用控制系统控制试验，根据高分子材料干热环境加速试验测试要求，向控制系统中输入温度控制条件，当样品所测得的温度高于或等于控制系统设定的最高温度时将启动超温保护功能，中止试验，待样品所测得的温度低于控制系统设定的最高温度后继续试验；(4)根据高分子材料干热环境性试验要求，采用双环境因素应力量化模型来计算高分子材料的实际环境应力积累值，所述的双环境因素应力量化模型公式如下：其中，A为破坏速率常数；I为样品试验面...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈心欣，揭敢新，张晓东，陶友季，王受和，曾湘安，李慧，许楚斯，
申请(专利权)人：中国电器科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44