一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法及系统，通过开展聚合物材料的热加速老化试验，基于聚合物老化数学模型将聚合物材料在较短单元时间内的环境效应进行时序累加，构建环境累积损伤模型，模拟自然贮存环境效应微变化历程，得到环境效应累积损伤曲线，根据聚合物材料性能失效阈值，在环境效应累积损伤曲线上确定材料贮存寿命。本发明专利技术相比于传统的基于环境因素统计平均值的寿命预测法，预测准确度大幅提升，解决了温度随时间不断变化的情况下聚合物材料贮存寿命精准预测难题。准预测难题。准预测难题。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及聚合物材料老化寿命
，具体涉及一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法及系统。

技术介绍

[0002]聚合物材料作为高分子材料被广泛应用于军工、汽车、电器、建筑、包装等多个领域。但由于这种高分子材料自身存在结构弱点(双键、长链结构、酯基和酰胺基等易水解官能团)，在长期使用过程中极易受到外界环境因素(光、氧、热、湿度等)的影响而发生化学老化(分子断链或交联)或是物理老化(分子链松弛以及疲劳断裂)，导致材料失效。
[0003]研究表明，通过构建环境因素与环境效应的关系模型可以实现对高分子材料的寿命进行预测。在现有的聚合物材料环境效应预测模型中，温度参数总是恒定的或者按照一定的函数发生规律性的变化。然而，在实际自然环境条件下，温度随时间的变化非常复杂，其规律难以通过简单的函数进行表达，采用一定时间范围内的温度平均值或函数变化值预测的材料环境效应与材料实际环境效应存在较大的差距，无法实现聚合物材料自然贮存寿命的精准评估。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法及系统，能够实现对聚合物材料自然贮存寿命的精准评估。
[0005]本专利技术采用了如下技术方案。
[0006]一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法，步骤包括：步骤1，根据试验材料选定老化特性指标，制备相应的老化特性指标测试试验样品；步骤2，结合热分析手段确定试验样品的试验上限温度；步骤3，开展热老化加速试验，获取试验样品在不同老化试验周期的性能退化数据；步骤4，根据所得性能退化数据，利用式(Ⅰ)确定试验样品的性能变化速率常数；式中：P为老化时间为τ时的性能，A为初始性能数据，t为老化时间，α为常数；步骤5，结合所得性能变化速率常数，利用式(Ⅱ)确定试验样品的频率因子Z和表观活化能E；K＝Ze
‑
E/RT
………………………………
(Ⅱ)式中：R为气体常数，T为绝对温度，e为常数；步骤6，结合步骤4和步骤5所得数据，利用式(Ⅲ)确定试验样品在各单位间隔时间温度下性能退化曲线的初始老化时间t1、t2、
…
、t
n
‑1；
式中：Δt表示单位间隔时间，E
a
表示老化反应活化能，n为单位间隔时间的个数；步骤7，结合所得性能退化数据和步骤6中所得初始老化时间，构建环境累积损伤模型，见式(Ⅳ)，式中，ΔP表示评估时间段内材料的性能退化值；ΔP1，ΔP2，
…
，ΔP
n
依次表示第1个时间间隔的性能退化值，第2个时间间隔的性能退化值，
…
，第n个时间间隔的性能退化值；P0表示材料的性能初始值；P0′
，P1′
，
…
，P
n
‑1′
表示分别为经历第1个时间间隔的性能值，经历第2个时间间隔的性能退化值，
…
，经历第n个时间间隔的性能退化值；P1，P2，
…
，P
n
‑1表示分别为经历第1个时间间隔后，第2个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P0′
相同；经历第2个时间间隔后，第3个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P1′
相同；
…
；经历第n
‑
1个时间间隔后，第n个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P
n
‑2′
相同；Δt表示单位间隔时间；K0，K1，
…
，K
n
‑1表示第1，2，
…
，n个时间间隔的温度下的反应速率常数；t1，t2，
…
，t
n
‑1表示分别为以第2，3，
…
，n个时间间隔的温度作为恒温老化温度的性能退化曲线方程求解到的性能值为P1，P2，
…
，P
n
‑1时所需的时间；E
a
表示老化反应活化能，Z表示频率因子；步骤8，基于所得环境累积损伤模型形成环境效应累积损伤曲线，根据聚合物材料性能失效阈值，在环境效应累积损伤曲线上确定材料贮存寿命。
[0007]作为优选，对于橡胶或胶粘剂，热加速试验上限温度通过TGA测试确定，将热失重0.5wt％时所对应的温度作为设定热加速试验上限温度；对于塑料类聚合物，通过DSC测试确定，并根据玻璃化转变及熔融温度综合确定热加速试验上限温度；其中，热加速试验的最高温度不得超过上限温度，然后按10℃依次递减，设置4个温度梯度以上的热老化加速试验。
[0008]作为优选，橡胶类材料制备成柱状压缩或拉伸试样，塑料类材料制备成拉伸或冲击试样，胶粘剂类材料制备成剪切试样或剥离试样。
[0009]作为优选，每个温度条件下的性能检测次数不少于8次。
[0010]为了更精确地实现对聚合物材料自然贮存寿命的精准评估，将1年的自然环境因素数据分解为8760个连续的时值数据，以每小时作为单位间隔时间。
[0011]本专利技术还提供了一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估系统，包括计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：S1，读取输入的试验样品材料类型、规格及其在不同老化试验周期的性能退化数据；S2，根据式(Ⅰ)计算、输出试验样品的性能变化速率常数；式中：P为老化时间为τ时的性能，A为初始性能数据，t为老化时间，α为常数；S3，根据式(Ⅱ)计算、输出试验样品的频率因子Z和表观活化能E；K＝Ze
‑
E/RT
………………………………
(Ⅱ)式中：R为气体常数，T为绝对温度，e为常数；S4，根据式(Ⅲ)计算、输出确定试验样品在各单位间隔时间温度下性能退化曲线的初始老化时间t1、t2、
…
、t
n
‑1；式中：Δt表示单位间隔时间，E
a
表示老化反应活化能，n为单位间隔时间的个数；S5，结合输入的性能退化数据和步骤S4中所得初始老化时间，构建环境累积损伤模型，见式(Ⅳ)，式中，ΔP表示评估时间段内材料的性能退化值；ΔP1，ΔP2，
…
，ΔP
n
依次表示第1个时间间隔的性能退化值，第2个时间间隔的性能退化值，
…
，第n个时间间隔的性能退化值；P0表示材料的性能初始值；
P0′
，P1′
，
…
，P
n
‑1′
表示分别为经历第1个时间间隔的性能值，经历第2个时间间隔的性能退化值，
…
，经历第n个时间间隔的性能退化值；P1，P2，
…
，P
n
‑1表示分别为经历第1个时间间隔后，第2个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P0′...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法，其特征在于，步骤包括：步骤1，根据试验材料选定老化特性指标，制备相应的老化特性指标测试试验样品；步骤2，结合热分析手段确定试验样品的试验上限温度；步骤3，开展热老化加速试验，获取试验样品在不同老化试验周期的性能退化数据；步骤4，根据所得性能退化数据，利用式(Ⅰ)确定试验样品的性能变化速率常数；式中：P为老化时间为τ时的性能，A为初始性能数据，t为老化时间，α为常数；步骤5，结合所得性能变化速率常数，利用式(Ⅱ)确定试验样品的频率因子Z和表观活化能E；K＝Ze
‑
E/RT
....................................(II)式中：R为气体常数，T为绝对温度，e为常数；步骤6，结合步骤4和步骤5所得数据，利用式(Ⅲ)确定试验样品在各单位间隔时间温度下性能退化曲线的初始老化时间t1、t2、
…
、t
n
‑1；式中：Δt表示单位间隔时间，E
a
表示老化反应活化能，n为单位间隔时间的个数；步骤7，结合所得性能退化数据和步骤6中所得初始老化时间，构建环境累积损伤模型，见式(Ⅳ)，式中，ΔP表示评估时间段内材料的性能退化值；ΔP1，ΔP2，
…
，ΔP
n
依次表示第1个时间间隔的性能退化值，第2个时间间隔的性能退化值，
…
，第n个时间间隔的性能退化值；P0表示材料的性能初始值；P0′
，P1′
，
…
，P
n
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表示分别为经历第1个时间间隔的性能值，经历第2个时间间隔的性能退化值，
…
，经历第n个时间间隔的性能退化值；P1，P2，
…
，P
n
‑1表示分别为经历第1个时间间隔后，第2个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P0′
相同；经历第2个时间间隔后，第3个时间间隔的温度下的性能退
化曲线初始值，其大小与P1′
相同；
…
；经历第n
‑
1个时间间隔后，第n个时间间隔的温度下的性能退化曲线初始值，其大小与P
n
‑2′
相同；Δt表示单位间隔时间；K0，K1，
…
，K
n
‑1表示第1，2，
…
，n个时间间隔的温度下的反应速率常数；t1，t2，
…
，t
n
‑1表示分别为以第2，3，
…
，n个时间间隔的温度作为恒温老化温度的性能退化曲线方程求解到的性能值为P1，P2，
…
，P
n
‑1时所需的时间；E
a
表示老化反应活化能，Z表示频率因子；步骤8，基于所得环境累积损伤模型形成环境效应累积损伤曲线，根据聚合物材料性能失效阈值，在环境效应累积损伤曲线上确定材料贮存寿命。2.根据权利要求1所述聚合物材料时变温度条件贮存寿命的评估方法，其特征在于：对于橡胶或胶粘剂，热加速试验上限温度通过TGA测试确定，将热失重0.5wt％时所对应的温度作为设定热加速试验上限温度；对于塑料类聚合物，通过DSC测试确定，并根据玻璃化转变及熔融温度综合确定热加速试验上限温度；其中，热加速试验的最高温度不得超过上限温度，然后按10℃依次递减，设置4个温度梯度以上的热老化加速试验。3.根据权利要求1所述聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，刘世乡，赵方超，刘伟，胥泽奇，姜艾锋，周俊炎，罗天元，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：