汽车用高分子材料的老化测试技术
第十章高分子材料的老化性能
第十章高分子材料的老化性能1. 引言高分子材料在工程和日常生活中得到广泛应用，然而，长期使用和暴露在外部条件下，如光、热、湿、氧等，会导致高分子材料老化。
高分子材料的老化性能关系到其使用寿命、力学性能、外观和安全性能等方面。
因此，研究高分子材料的老化性能具有重要意义。
2. 高分子材料的老化机理高分子材料老化是指其在外部条件作用下，分子链的断裂、交联、氧化、裂解等变化过程。
老化机理包括热老化、光老化、湿氧老化和机械应力老化等。
2.1 热老化高分子材料在高温环境下容易发生热裂解和分解，导致力学性能下降。
热老化过程中，高分子材料分子链的键断裂、链末端反应、氧化等都是重要的反应过程。
2.2 光老化高分子材料在阳光或紫外线照射下容易发生光氧化、光致变色等反应。
光老化会使高分子材料的外观、色彩、力学性能和耐候性下降。
2.3 湿氧老化高分子材料在潮湿环境中暴露会引发湿氧老化。
水分和氧气进入高分子材料中，导致链断裂、交联、氧化等反应，从而使材料的性能发生变化。
2.4 机械应力老化高分子材料在受力下容易发生机械应力老化。
机械应力下，分子链会发生断裂、滑移、交联等变化，导致材料的力学性能下降。
3. 高分子材料老化评估方法为了评估高分子材料的老化性能，科研工作者和工程师们提出了一系列的老化评估方法。
3.1 加速老化试验加速老化试验是通过在短时间内模拟材料长时间在外部条件下的老化过程，加速材料老化。
常用的加速老化试验有热老化试验、光老化试验、湿氧老化试验和机械应力老化试验等。
3.2 性能变化评估高分子材料老化后，其物理、化学、机械等性能会发生变化。
通过测试老化前后材料的性能差异，可以评估其老化性能。
3.3 外观观察高分子材料老化后外观的变化是评估其老化性能的重要指标之一。
通过观察材料的色彩变化、表面粗糙度、裂纹、变形等，可以评估其老化程度。
4. 高分子材料老化防护与改性为了提高高分子材料的老化抵抗能力和延长其使用寿命，人们采取了一系列的防护和改性方法。
现代测试技术在聚酰胺老化研究中的应用
摘要
概 述 国 内外 聚 酰胺 老 化 测 试 技 术 如 光谱 分析 技 术 、 ｘ射 线 衍 射 法 、 磁 共 振 波谱 法 、 分 析 技 术 、 核 热 色谱 分
析技术 、 扫描 电子显微镜技术等 的最新进展 ， 细说 明如何利 用这 些技 术分析 聚酰胺 的老化 ， 出聚酰胺 老化分析 详 指
应 是 多种 分 析 测 试 技 术 的 综合 运 用 。 关键词 测 试技 术 聚酰胺 老化 研 究
聚酰胺 （ Ａ） Ｐ 是五大工程塑料 中产 量最大 、 用途最 广 、 品 种最多 的高分子材料 ， 已广泛应 用于汽车 、 机械 、 电器 、 通讯 、 电子 、 航空航天 、 国防 、 服装 、 包装 等领 域。然 而 ，Ａ结 构 中 Ｐ 所含有 的酰胺基 团（ Ｎ ｃ 一 ） 一 Ｈ Ｏ 属于生色基 团 ， 具有较 强 的 极性 ， 容易受紫外线 、 水分 、 温度等环境 因素 的影响 而导致材 料性能劣化 ， 降低材 料使用的安全性和寿命 。因此 ， 开展 Ｐ Ａ
ｌ ２ ｍ 处氧化过程 中形成 的指定羰基 和 ｌ ０ ｍ 处 的 ８ｃ ７ １ｃ ２
有效 、 最普遍 的方 法。ｘ射线的衍射波长正好 与物 质微 观结
构 中的原子 、 离子间 的距 离 （ 一般 为 ０ １一１０ ｎ 相 当， ． ． ｍ） 所 以它能被 晶体衍射 。借助 晶体 的衍 射 图是迄 今为 止最 有效 且能直接“ 观察” 物质微观结构 的实验手段。 目前 ， Ｒ Ｘ Ｄ技 术主要 用于 判定 Ｐ Ａ的结 晶类 型 、 品种 及
亚 甲基的氧化 ， 与 Ｓ ｈｓ 这 ．Ｇ ｏｈ的结论是一致 的。
１２ 紫 外光 谱 ．
具有生色团有机化合 物 的紫外光谱 可提供 其 基团 的重
高分子材料耐候试验技术初探
·41·高分子材料是以高分子化合物为基体，添加填料或助剂形成的材料。
其具有质量轻，强度高，耐腐蚀性强等特性，在国防建设和国民经济的各个领域都得到了广泛应用。
高分子材料作为可利用的再生资源，具有广阔的发展前景。
高分子材料已经日益成为不可缺少的材料之一，从普通的日常生活用品到顶尖的高科技领域，都离不开高分子材料。
然而，高分子材料在加工、贮存和使用过程中，由于受到阳光、温度、水分等主要气候因素的影响，会发生一系列的物理及化学反应，使其性能逐渐变差，导致丧失其使用价值[1]。
如何有效延长高分子材料的使用寿命成为人们日益关注的重点。
因此，在高分子材料研发的过程中，研究人员进行了大量的气候老化试验，不断改进产品配方[2]，以期获得耐候性好的产品。
本文重点探讨了高分子材料的耐候试验技术。
1 高分子材料的耐候试验耐候试验是验证高分子材料暴露在阳光、温度、水分等气候条件下的耐久性，表征材料抵抗环境气候因素侵蚀的能力。
常见的耐候试验包括自然气候老化试验和人工加速老化试验。
1.1 自然气候老化试验自然气候老化试验是将高分子材料长期暴露于自然环境中，用以确定该自然环境对材料老化影响的试验。
1839年，R.Mallet 在河流入海口的水上和岸边分别采用垂直挂片的方法，进行长期自然暴露试验，开创了自然气候老化试验的先河。
1905年，美国科研人员在亚利桑那首次开展涂料的自然环境暴露试验。
多年来，经过科研人员不断研究探索，自然气候老化试验逐渐发展成具有完整试验体系和标准的常规试验。
1.2 人工加速老化试验随着科学技术的发展，人工加速老化试验受到研究人员的青睐。
为了能够比自然气候老化试验更快速的评估材料的耐候性能，研究人员通常采用模拟太阳光的人工光源设备对测试样品进行加速老化试验，实现材料加速老化的目的。
人工光源主要包括碳弧灯、荧光紫外灯、氙灯和金属卤素灯。
碳弧灯老化试验起源于20世纪初，是最早的实验室气候老化试验方法。
汽车用高分子材料的老化测试技术概要
汽车用高分子材料的老化测试技术作者简介：颜景莲：GRG环境与可靠性检测中心副主任，长期从事电工电子产品、电子元器件以及高分子材料等环境可靠性研究与测试工作，曾担任全国电工电子产品环境技术标准化技术委员会（SAC/TC8的秘书长，曾负责制修订国家标准、地方标准项目达10多项；参与国家科技部、省市科技部门下达的科技项目多项，并在国内核心期刊发表论文多篇。
节能、提高质量和功能、节约用材、简化工艺越来越成为汽车制造行业关注的焦点，汽车塑料化已成为解决上述问题的重要技术途径之一，且成为发展的大趋势。
塑料件由普通的装饰件和软垫逐步向结构件和功能件转变，如塑料保险杠、仪表板、燃油箱等。
越来越多的高分子材料在汽车生产制造中发挥着重要作用，高分子材料的老化测试技术也相应地倍受重视。
1.基本老化因素汽车用高分子材料老化降解的三个主要气候因素为：日光辐射、水（湿度）和温度。
其中不仅有数量的问题，各参数的质量也是一个很重要的因素。
不同波长的日光对高分子材料会造成不同程度的破坏，因为特定的高分子材料只吸收特定波长的光；材料与水的接触也分为不同的形式和阶段，这些不同将会导致不同的降解过程；温度的冷热循环会产生机械应力，特别是对于复合材料，与长期高温作用相比，会产生更多类型的降解。
而在实际应用中，温度、湿度和辐射三者的作用是不可分割的，它们的协同作用更增加了研究材料老化的难度。
除此之外，当然还有很多其他因素，诸如风沙、飘尘等。
2.自然老化测试2.1整车暴晒试验整车暴晒是模拟汽车最终使用环境条件的最佳方式。
在整车暴晒过程中，所有的材料和零部件的分布跟使用情况保持一致，在老化过程中相互作用，老化速度和类型最接近于实际情况，加速度最小。
因此，试验结果与实际使用状况的吻合程度最高。
整车进行暴晒试验时，客户可以根据自己的试验目的，对整车的工作状态、车顶篷开启状态、车窗开启状态做岀要求，一般使挡风玻璃面向赤道，并且根据季节的不同调整暴晒角度。
人工加速老化试验方法简述
人工加速老化试验方法简述罗宁张欣涂料、塑料等高分子材料在使用过程中经常出现粉化、变色、起泡、裂纹、脱落等现象，严重影响产品的机械、表观等方面的性能，因此需要了解高分子材料的光老化机理并寻找合适的人工加速光老化试验方法来客观地模拟自然使用条件，为材料的研发及应用提供快速的检测与评价方面的依据。
目前常用的人工加速老化试验方法主要有氙灯（Q-SUN）、荧光紫外灯（QUV）、碳弧灯、金属灯等。
我们对材料的人工加速老化试验方法进行简述，以提高员工对老化的深入认识，供技术人员在研发与检测中参考。
一、光老化机理涂料、塑料等高分子材料在受日光照射时，会发生一系列反应，主要是光化学反应。
根据光化学反应第一、第二定律，发生光化学反应的的物质首先要吸收太阳光，即物质的分子或原子能够吸收光能，使分子或原子处于高能状态；其次一个分子或原子吸收的能量必须大于其键能，这样才能使物质发生降解，即老化。
而涂料、塑料等高分子材料往往含有在聚合过程中残留的为量杂质，聚合物本身含有的一些不归整结构等自身化学结构的老化弱点，当这些高分子材料受太阳光照射后，材料的老化弱点首先被攻破，出现原子或分子键的切断、交联、链的移动、断裂及侧链的变化等现象的单独或同时的发生。
老化就是完全的解聚反应，使高分子的末端，从原子间键弱的部分断裂。
老化后的高分子材料即出现表面粉化、变色、起泡、裂纹、脱落等现象。
高分子材料的波长敏感性是影响老化的一个重要因素，常见的涂料材料的敏感波长见下表。
二、光老化试验方法1、碳弧灯光老化试验方法碳弧灯是一种较古老的技术，碳弧仪器最初被德国合成染料化学家用来评估被染纺织品的耐光度。
碳弧灯分为封闭式和开放式碳弧灯，无论哪种碳弧灯，其谱图与太阳光的谱图相差都比较大。
由于该项目技术的历史较长，最初的人工模拟光老化技术都是采用该设备，因此在早些的标准中还能见到该方法，尤其是在日本的早期标准中常常采用碳弧灯技术作为人工光老化试验手段。
2、紫外荧光灯光老化试验方法荧光紫外灯是波长为254nm 的低压汞灯，由于加入磷共存物使其转换成较长的波长，荧光紫外灯的能量分布取决于磷共存物产生的发射光谱和玻璃管的传扩。
高分子材料耐候老化检测技术
63±3℃ -
24±2.5℃ 63±3℃
63±3℃
63±3℃
使用范围
常用模拟户外 户外纺织品 户外涂层
户外涂层 户外涂层 户内材料
49
碳弧灯老化
ASTM G153非金属材料封闭式碳弧灯曝露试验操作
循环 1
曝露循环条件 102m in光 照 18m in光 照 ＋ 喷 淋
2 100%光照
310
330
350
370
390
Wavelength (nm)
35
Fluorescent 荧光紫外
UVB-313光管广泛使用在 汽车耐候漆的实物室筛选 UVA-340光管广泛使用在 模拟户外自然老化 UVA-351光管普遍使用于 模拟透过窗玻璃太阳光的 老化 独立控制各种老化因素： 辐照度、黑板温度、冷凝 喷淋
配备有日光过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间的比较
42
配备有玻璃窗过滤器的Q-SUN光谱和透过玻璃窗的太阳 光谱之间的比较
43
配备有Q/B扩展紫外线过滤器的Q-SUN光谱和太阳光谱之间 的比较
44
Irradiance (W/m2/nm) 辐照度
CIRA/SL过滤的氙弧光与日光
日光 涂层红外吸收/ 碱石灰玻璃滤光后氙弧光
30± 5%RH 30± 5%RH
黑板温度 63± 2.5℃
63± 3℃
63± 3℃ -
63± 2.5℃ -
24± 2.5℃ 63± 2.5℃
6 3± 2.5 ℃
83± 3℃ 63± 2.5℃
-
适用范围 常用模拟户外
户内纺织品 户内纺织品
户外涂层
户外涂层
户外涂层 户内材料 户内材料
高分子橡胶材料的老化原因及防治办法
高分子橡胶材料的老化原因及防治办法摘要：高分子橡胶材料较为常见，其应用领域极为广泛，在轻工业应用比重较高。
由于其具有质量轻、强度高的特点，在保护性能的利用上较为普遍。
文章将以高分子橡胶材料的老化为研究课题，展开论述其发生老化的原因，并对其老化的危害进行探究。
针对材料老化原因，提出相应的防治办法，高效发挥高分子橡胶材料的使用价值，推动相关行业的高质量发展，满足社会大众的广泛需求。
关键词：防治办法；内在因素；高分子；橡胶材料引言：高分子橡胶材料一般用作保护材料，长期暴露在空气中，经过日晒、风吹容易出现老化。
其老化的主要特征是材料弹性下降，外表硬化，内部开裂，质量下降。
甚至在极度恶劣的环境下，老化现象更加严重，材料出现发粘、粉化、剥落、哑光，对保护材料的造成不利影响。
1高分子橡胶材料的老化原因1.1紫外线照射由于高分子橡胶材料一般用作工业产品的保护层设计，难免长期暴露在太阳光照射下。
而紫外线照射对高分子橡胶材料具有一定的破坏性，破坏其内部结构，造成高分子橡胶结构的不稳定性[1]。
根据实验研究表明，高分子橡胶结构主要由不饱和键构成，会对紫外线进行充分吸收，破坏高分子橡胶结构，从而发生老化。
紫外线照射引起的老化效果显著，破坏性较大，对产品的使用产生阻碍。
1.2外界环境影响高分子橡胶材料长期暴露在空气中，难免受到外界环境因素的影响。
其中霉菌的影响较大，通过繁衍滋生，不断侵蚀高分子橡胶材料，使材料的质量下降，内部结构遭受破坏。
另外，外界环境中的太阳光，会直接照射在高分子橡胶材料上，使其内部发生化学反应，物质不断转化。
外界环境中的温湿度、氧气与高分子橡胶材料的保存条件不同，会存在材料老化的风险，需要采取有效防治手段，降低材料老化带来的危害，保证高分子橡胶材料的使用安全。
橡胶制品在储存、运输过程中与油类、酸性、碱性等有害于橡胶的物质接触，易使橡胶制品内部发生溶胀或溶解等作用，会对橡胶造成不利影响，进而加速橡胶制品的老化。
高分子材料的老化类型 老化测试与抗老化方法
高分子材料的老化类型老化测试与抗老化方法高分子材料的老化类型及老化测试与抗老化方法高分子材料是一种广泛应用于工业和日常生活中的材料，但随着时间的推移，高分子材料可能会发生老化现象，影响其性能和寿命。
了解高分子材料的老化类型以及相关的老化测试和抗老化方法对于确保其稳定性和可靠性至关重要。
高分子材料的老化类型可以分为物理老化和化学老化两种主要类型。
物理老化是指由温度、光照以及机械应力等外界环境因素引起的材料老化。
温度是最常见的物理老化因素，高温会加剧高分子材料的老化程度，引发链断裂、分解或融化等问题。
光照也是一种常见的物理老化因素，紫外线照射可以引起高分子材料表面的氧化、变色和硬化。
此外，机械应力如拉伸、弯曲和压缩等也会导致高分子材料的老化。
化学老化主要涉及与材料接触的化学物质，例如氧气、水分、酸和碱等。
氧气的存在会引发氧化反应，导致高分子材料的断裂和硬化。
水分可以引起高分子材料的湿化和水解反应，导致材料的脆化和变色。
酸和碱等化学物质也会对高分子材料造成腐蚀和降解作用。
为了评估高分子材料的老化情况，常用的老化测试方法包括热老化试验、光照老化试验和湿热老化试验等。
热老化试验通过将材料置于高温环境下，模拟实际使用条件中的老化过程，然后观察材料的性能变化。
此试验可以评估材料的热稳定性和耐热性。
光照老化试验是将材料暴露在紫外线或其他光源下，以模拟阳光暴晒等情况，以评估材料的耐光性和颜色稳定性。
该试验可以揭示材料在紫外线照射下的氧化、变色和硬化等问题。
湿热老化试验结合了温度和湿度的影响，将材料置于高温高湿条件下，模拟潮湿的使用环境。
这种试验可以评估高分子材料在潮湿环境中的稳定性和可靠性。
针对高分子材料的老化问题，我们可以采取一系列抗老化方法来延长其使用寿命和提高性能稳定性。
添加抗氧剂是一种常用的抗老化方法，可以防止氧化反应的发生，减缓高分子材料的老化速度。
紫外线吸收剂可以用于防止光照引起的老化问题。
另外，添加填料、填充剂和增稠剂等可以增强材料的抗老化性能。
三元乙丙橡胶耐热氧老化性能的研究
三元乙丙橡胶耐热氧老化性能的研究三元乙丙橡胶（EPDM）是一种优良的高分子材料，具有耐热、耐氧和耐老化等优异性能，广泛应用于汽车、电子、建筑、化工等领域。
在实际应用中，EPDM材料常常需要长时间暴露在高温和氧气环境中，因此其耐热氧老化性能的研究具有重要的意义。
本文将从研究目的、实验设计、结果分析和结论等方面进行论述。
首先，本研究的目的是通过系统地探讨EPDM材料的耐热氧老化性能，为其实际应用提供科学的依据。
本文采用实验方法，通过对EPDM材料在不同温度和氧气浓度条件下的老化试验，分析材料性能的变化规律，并寻求改善方法。
其次，实验设计方面，本研究将EPDM材料分别暴露在不同的温度和氧气浓度条件下，进行老化试验，并根据老化时间的不同，设置多个试验时间段。
随后，通过对老化后的材料进行物理性能测试，包括拉伸强度、断裂伸长率、硬度等指标的测试，以及表面形貌和化学结构的分析，如扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等。
结果分析方面，根据实验数据，可以得出以下结论。
首先，随着温度和氧气浓度的增加，EPDM材料的老化程度加剧，物理性能下降。
其次，老化过程中，材料表面出现龟裂、氧化等现象，影响其性能。
进一步分析表明，老化后的EPDM材料的化学结构发生变化，主要表现为氧化、断裂和交联等反应。
最后，根据实验结果，提出改善EPDM材料耐热氧老化性能的建议。
首先，可以通过增加材料的抗氧化剂和防老化剂的含量，减缓老化过程。
其次，可以改变材料的分子结构和组分配比，提高其耐老化性能。
此外，还可以采用表面处理的方法，增强材料的耐老化性能。
综上所述，本文通过对EPDM材料的耐热氧老化性能进行研究，得出了相关结论并提出了改善建议。
这些结果对于提高EPDM材料的实际应用价值具有重要的指导意义，也为其他类似材料的研究提供了参考。
然而，需要注意的是，本研究仍然存在一些不足之处，例如在实验设计和样本选择方面仍然有待进一步改善。
高分子材料耐候老化测试技术-SGS
UVA-351光管普遍使用于 模拟透过窗玻璃太阳光的 老化
独立控制各种老化因素： 辐照度、黑板温度、冷凝 喷淋
35
Xenon Arc氙弧灯
第一台氙灯发明于1954年。
氙弧灯是一种石英球罩密封的精确气体放电灯， 使用滤光片调节光谱能量分布以模拟各种自然日 光。
辐照度E：单位表面积上辐射通量，w/m2 如常见的0.68 w/m2
光谱辐照度Eλ：用波长为函数表示的辐照强度,w/m2.nm 如,0.77 w/m2.nm@340nm, 45 w/m2@300~400nm
辐射量H：辐射的时间累积，H=∫Edt (J/m2) 如,广州的年平均总辐射量为4590 MJ/ m2
8
Relative Photon Energy 相对光能
辐射能与波长的关系
E = hν = h c/λ
E = Energy 辐射能 h = Planck’s Constant 普朗克常 ν = Frequency 频率 c = Velocity 光速 λ = Wavelength 波长
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
22
人工加速耐候设备的选择
Carbon Arc 碳弧灯 Fluorescent 荧光紫外灯 Xenon Arc 氙弧灯 Solar 全日光模拟（金属卤化物灯）
23
Cabon Arc碳弧灯
碳弧灯是早期的人工耐候老化测试设备，它通过 燃烧碳棒成为光源。
封闭式碳弧灯（UV型） 开放式碳弧灯（Sunshine型）
51
试验标准的选择
可根据样品的类别选用相关标准 如：ASTM D4587专门针对油漆及相关涂层 ASTM D4329则针对塑料类产品
(橡胶)高分子老化测试的7种方法和老化测试标准
（橡胶）高分子老化测试的7种方法和老化测试标准什么是老化试验？老化试验主要是指针对橡胶、塑料产品、电器绝缘材料及其他材料进行的热氧老化试验；或者针对电子零配件、塑化产品的换气老化试验。
老化试验又分为温度老化、阳光辐照老化、加载老化等等高温老化一般分几个等级进行，工业的一般用70度，4个小时，15度一个等级，一般有40度、55度、70度、85度几个等级，时间一般都是4个小时。
根据老化试验产品的多少分为2种方法测试1、老化箱主要针对塑胶产品，而且数量和体积不很大的产品比较实用。
2、老化柜或是老化房主要针对高性能电子产品（如：计算机整机，显示器，终端机，车用电子产品，电源供应器，主机板、监视器、交换式充电器等）仿真出一种高温、恶劣环境测试的设备，是提高产品稳定性、可靠性的重要实验设备、是各生产企业提高产品质量和竞争性的重要生产流程，该设备广泛应用于电源电子、电脑、通讯、生物制药等领域。
七大老化试验方法目前，研究高分子材料的老化试验方法有很多，主要包括气候老化试验，紫外老化试验，臭氧老化试验，热空气老化试验，高低温交变老化试验，湿热老化试验，介质老化试验，盐雾老化试验等。
1、气候老化试验所谓气候老化试验就是将高分子材料试验样品暴露于大气环境条件下，从而获得材料样品在大气环境暴露下的老化规律，对高分子材料的性能进行分析，并预测其使用寿命的一种研究方法。
气候老化试验又可以分为两种：其中一种便是自然暴露试验，即将高分子材料试验样品暴露于真实的大气环境下，以获得材料在真实环境下的老化行为，这种老化试验方法所获得的老化信息最为准确，是获得高分子材料老化行为的最为有效的方法，但是这种试验方法周期时间太长，费时费力。
在美国的佛罗里达州、中国的万宁、漠河以及武汉等地都有人进行过为期超过一年的大气暴露试验。
另外一种便是人工气候老化试验，人工气候老化试验即是指人通过在室内对真实大气环境条件进行模拟或者是加强某一环境因素以在短时间内获得材料老化行为的老化试验方法，这又被称为人工模拟老化或者人工加速老化。
汽车材料湿热老化试验周期的研究
汽车材料湿热老化试验周期的研究张晓东;王钊桐;王剑;揭敢新;高泽海;曾文波;王俊【摘要】对在海南琼海开展整车湿热环境大气暴露试验的试验数据进行了统计分析,利用Hallberg-Peck模型估算了等效汽车整车户外大气暴露试验一年的材料湿热老化试验周期,其结果与国外著名企业的标准要求吻合度非常好,说明该模型的计算结果在汽车材料寿命预测方面具有较好的应用价值.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P30-33)【关键词】材料寿命预测;Hallberg-Peck模型;湿热老化试验;汽车大气暴露试验【作者】张晓东;王钊桐;王剑;揭敢新;高泽海;曾文波;王俊【作者单位】中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663;威凯检测技术有限公司,广州 510700;中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663;广东工业大学,广州 510006;中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663;中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663;中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663;中国电器科学研究院有限公司工业产品环境适应性国家重点实验室,广州 510663【正文语种】中文【中图分类】O631.3+3前言汽车整车结构复杂，材料种类繁多，在使用过程中会面临各种严酷气候环境的考验，不可避免会出现老化、腐蚀等不良现象，从而影响汽车的外观、功能，甚至产生安全隐患[1]。
为确保汽车具有良好的耐受气候环境破坏的能力（简称：耐候性），汽车整车制造企业在零部件选材时，会根据整车的耐候性要求设计一系列的环境试验对材料的老化腐蚀性能进行评估[2-10]，湿热老化试验是其中最普遍应用的环境试验之一。
汽车整车的耐候性主要采用典型自然环境大气暴露试验进行[11,12]，试验周期一般要求为1年，这是平衡了汽车开发周期要求及环境条件重复性后得到的结果。
车用饰件老化常用测试方法
车用饰件老化常用测试方法研究【摘要】研究了影响车用饰件性能的气候因素，以及常用的自然老化、实验室加速老化的测试方法。
【关键词】老化车用饰件1 前言老化是指材料对气候所产生的负面反应，以导致不要的和过早的产品失效。
我们试图通过研究产品的化学及机械稳定性来预防产品老化或过早失效，并通过老化测试来评估车用饰件的耐久性。
目前，老化测试主要分为自然老化和实验室加速老化。
2 老化因素材料发生老化主要有下面几个影响因素：决定因素是材料本身的结构及材质，如具有不饱和双键、过氧化物、支链、羰基等结构，都是导致材料老化的本质原因。
外界或环境因素主要有以下三个方面：（1）光辐射的影响。
到达地表的日光通常分为3个主要范围：紫外线、可见光及红外线；他们的波长范围分别为：295-400nm，400-800nm，800-2450nm[1]。
根据光化学第一定律，只有被分子吸收的光才能引起分子的光化学反应。
降解的另一基本法则是，只有当分子吸收的辐射能大于分子键能时，材料才会发生降解。
引起材料降解的辐射能量取决于以下几个因素：材料表面所吸收辐射的质量与数量；材料所吸收的波长；吸收的辐射能是否有足够的能量引起化学改变，从而导致材料降解。
（2）温度的影响。
日光曝晒下材料的温度会影响辐射的作用，根据经验来讲，每升温10℃，光反应的速度就会加倍。
可见光及红外线的日光吸收率与颜色密切相关。
如白色材料的日光吸收率为20%，黑色为90%。
（3）水的影响。
水合-脱水状态交替的物理作用，在吸水时会导致材料表面膨胀，从而对材料内部较干的层面产生机械应力。
随后的干燥过程中，材料表面因脱水而收缩，但内部较湿的层面会抑制收缩，从而使材料表面出现应力裂纹。
水合与脱水状态的交替出现会使材料产生应力破裂。
另一种物理作用是结冰-解冻循环，水在结冰时膨胀，使受潮材料中的水分产生膨胀与应力，导致涂层剥离、断裂或剥落。
3 老化测试的试验方法当前常用老化测试的试验方法有两类：自然老化试验和人工加速老化试验。
材料老化测试方法有哪些
材料老化测试方法有哪些
老化测试是模拟产品在现实使用条件中涉及到的各种因素对产品产生老化的情况进行相应条件加强实验的过程，同时根据使用要求，合理的预测产品使用寿命。
一、哪些材料需老化测试?
1.塑料/橡胶产品(包括PP、PVC、天然橡胶等)，特别是产品塑料外壳，塑料紧固件等等
2.涂料/胶粘剂产品(工业品涂料，建筑涂装)，特别是户外使用的涂料。
3.户外装饰品(包括户外灯箱，户外电镀件等)。
更多的测试范围请致电我们。
二、老化测试方法有哪些?
材料老化包括褪色、失光、强度降低、开裂、剥落、粉化和氧化。
1.老化实验主要针对高分子材料(塑料、涂料、胶粘剂及橡胶)，常见的老化主要有人工自然气候老化，紫外线老化，光照老化，湿热老化，热氧老化。
2.如果产品使用在户外常期受太阳光照，想要了解该产品在户外能够使用的寿命就要模拟太阳紫外光进行UV老化实验，昆山海达仪器提示您实验的强度要比实际户外光照的强度要大很多，从而缩短测试时间，可以通过短时间的测试了解产品使用多少年后的老化情况。
3.如果产品使用在浴室等潮湿温度偏高的环境就要进行湿热老化，
4.如果产品使用在机器的散热位置就要进行热风老化，当然根据产品出口到不同国家地区会有相应的测试方法。
第章高分子材料的老化性能
第章高分子材料的老化性能高分子材料的老化性能是指在长时间的使用过程中，由于环境、化学物质、温度等外界因素的影响，材料的性能发生改变的现象。
这些改变可能会导致材料的机械性能下降、颜色变化、降解等，甚至使材料失去原有的功能。
高分子材料主要有塑料、橡胶和纤维等，这些材料在使用过程中容易受到光、热、湿等外界因素的影响，从而发生老化现象。
老化的形式可以分为物理老化和化学老化两种。
物理老化主要是由于材料受到外界因素引起的结构疲劳和结构破坏。
光老化是最常见的物理老化形式之一，主要是由于材料长时间暴露在阳光下，紫外线会分解材料的分子链，导致材料强度下降、变脆，甚至出现龟裂和脆性断裂。
热老化是指材料长时间受高温的影响，分子链会发生断裂、结晶度增加，导致材料失去弹性和韧性。
湿气和化学物质的作用也会导致材料的老化，水分会引起材料的吸水膨胀，化学物质会引起材料的腐蚀和溶解。
化学老化主要是由于材料与外界化学物质发生作用，造成材料结构的改变。
氧化老化是最常见的化学老化形式之一，主要是由材料接触到氧气，与之发生氧化反应，导致材料的强度和韧性下降。
酸碱老化是材料与酸碱物质发生反应，使得材料的分子链断裂和交联程度变化，从而导致材料性能的改变。
还有一些材料会在特定环境下发生引发老化反应，例如光氧老化、光致老化等。
为了减缓高分子材料的老化速度和延长其寿命，需要进行老化性能测试和防老化处理。
老化性能测试可以通过暴露试验、加速老化试验和退火试验等方法，对材料的老化行为进行评估和分析。
防老化处理主要是采取添加防老化剂、改变材料结构和添加抗氧剂等方法，来提高材料的老化抵抗能力。
总之，高分子材料的老化性能是一个重要的研究方向，对于材料的设计和应用具有重要意义。
通过深入研究材料的老化机制和开发防老化技术，可以有效延长材料的使用寿命，提高材料的可靠性和安全性。
高分子材料性能测试
熔体流动速率仪
四，维卡软化温度
维卡软化温度（Vicat Softening Temperature）是将热塑性 塑料放于液体传热介质中，在一定的负荷和一定的等速升温条 件下，试样被1平方毫米的压针头压入1毫米时的温度，对应的 国标是GB1633-79（目前已被GB/T 1633-2000所代替）;维 卡软化温度是评价材料耐热性能，反映制品在受热条件下物理 力学性能的指标之一。材料的维卡软化温度虽不能直接用于评 价材料的实际使用温度，但可以用来指导材料的质量控制。维 卡软化温度越高，表明材料受热时的尺寸稳定性越好，热变形 越小，即耐热变形能力越好，刚性越大，模量越高 。
维卡软化温度测试仪
五，灰分
灰分是指一种物质中的固体无机物的含量。可以是包含有机物的 无机物也可是不含有机物的无机物，可以是锻烧后的残留物也可 以是烘干后的剩余物。但灰分一定是某种物质中的固体部分而不 是气体或液体部分。
我们通常所说的灰分是指总灰分(即粗灰分)包含以下三类灰分： 1.水溶性灰分 可溶性的钾、钠、钙等的氧化物和盐类的量 2.水不溶性灰分 污染的泥沙和铁、铝、镁等氧化物及碱土金属的
拉伸试验一般是将材料试样两端分别夹在两个 间隔一定距离的夹具上，两夹具以一定的速度 分离并拉伸试样，测定试样上的应力变化，直 到试样破坏为止。
拉伸强度=最大力/（试样宽度×试样厚度）mm
实验数度， 延展性等力学性能
二，冲击强度
高分子材料抗冲击强度是指标准试样受高速冲击作用断 裂时，单位断面面积（或单位缺口长度）所消耗的能量。 它描述了高分子材料在高速冲击作用下抵抗冲击破坏的能 力和材料的抗冲击韧性。
碱式磷酸盐 3.机械杂质 包括加工过程中机械磨损带来的机械物质
高分子材料的失效评估方法
高分子材料的失效评估方法高分子材料是一种应用广泛的材料，广泛应用于工业、军事、医疗和其他领域。
随着高分子材料的使用越来越广泛，失效评估技术也变得越来越重要。
完善的失效评估技术可以帮助工程师更好地了解高分子材料的性能、使用寿命和失效机理，从而设计出更加可靠的产品。
高分子材料的失效机理一般包括力学失效、热失效和化学失效。
在进行失效评估时，需要从多个方面对高分子材料进行测试和分析。
下面简单介绍几种常见的失效评估方法。
1. 力学性能测试高分子材料的强度、韧性、硬度和耐磨性等力学性能是其最基本的特性之一。
在评估高分子材料的性能和寿命时，力学性能测试是必不可少的一项检测。
其中最常用的测试方法是拉伸试验、压缩试验和弯曲试验。
通过这些测试，我们可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度、拉伸应变、压缩应变、弯曲应变等参数，从而评估材料的力学性能和寿命。
当材料的力学性能发生显著变化时，就需要进行失效分析。
2. 热失效测试高分子材料在受热条件下容易老化，导致性能下降甚至失效。
常见的热失效测试包括热稳定性测试、热氧化失效测试和热疲劳测试。
其中热稳定性测试是评估材料在高温下稳定性能的一种方法，是评估材料是否适合在高温环境下使用的基础。
热氧化失效测试则是评估材料在高温下氧化的性能表现，通过测试材料的氧化时间和失效状态来评估其抗氧化性能。
热疲劳测试则是评估材料在周期性热应力作用下的性能表现。
3. 化学失效测试高分子材料容易在不同环境下发生化学反应，导致性能下降甚至失效。
常见的化学失效测试包括耐水性测试、耐油性测试、耐酸碱性测试和耐腐蚀性测试。
通过这些测试，可以评估材料在不同化学环境下的性能表现，并分析化学反应的机理。
通过以上几种失效评估方法，可以全面评估高分子材料的性能和寿命，从而设计出更加可靠的产品。
但需要注意的是，不同应用环境下的高分子材料要求不同，失效评估时需要根据实际情况加以考虑。
同时，要深入分析材料的失效机理，才能更好地解决材料失效问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
节能、提高质量和功能、节约用材、简化工艺越来越成为汽车制造行业关注的焦点，汽车塑料化已 成为解决上述问题的重要技术途径之一，且成为发展的大趋势。塑料件由普通的装饰件和软垫逐步向结 构件和功能件转变，如塑料保险杠、仪表板、燃油箱等。越来越多的高分子材料在汽车生产制造中发挥 着重要作用，高分子材料的老化测试技术也相应地倍受重视。
氙灯暴露的试验周期主要取决于汽车制造商对于材料的质量要求。目前，氙灯老化试验已成为最为 广泛有效的人工加速光老化试验方法，对于内饰件最常用的试验标准为 SAE J2412《使用可控辐照度的 氙灯装置对汽车内饰件进行加速曝晒》，而外饰件常用的标准为 SAE J2527《使用可控辐照度的氙灯装 置对汽车外饰件进行加速曝晒》。各大汽车制造商也都有自己的试验规范和要求，表 3 给出了桑塔纳汽 车保险杠（PP/EPDM）的老化性能试验和指标[5]。
各大汽车公司对格材料和零部件暴晒方法、温度上限都做了要求，并且有各自的试验规范，见表格 2。
表 1 沙漠环境中汽车不同部位的典型温度和最大温度
位置
典型温度/℃
最高温度/℃
外部环境温度
27-33
52
仪表板
93-100
122
车身织物
88-93
110
油漆系统
70-75
90
门板底部
51-56
75
表 2 常用内饰件试验标准
因此，试验结果与实际使用状况的吻合程度最高。整车进行暴晒试验时，客户可以根据自己的试验目的，
对整车的工作状态、车顶篷开启状态、车窗开启状态做出要求，一般使挡风玻璃面向赤道，并且根据季
节的不同调整暴晒角度。暴晒的过程中，车的内饰件可能会产生一些挥发物、渗出物等附着在挡风玻璃
或其他部件上，因此，需要定时清洗。暴晒周期一般不少于两年，暴晒后要对材料产生的缺陷如颜色变
Solex 玻璃、1000h 暴晒；样品安装在黑色纸覆盖的平板上。
适用材料与部件
内饰件和材料，如： PVC、PU、PP、ABS 以及织物、皮革 、 内饰零部件等。
ATLAS 气候服务集团还开发了另外一种加速自然暴晒装置—EMMA 设备，就是利用多面镜子将自 然光反射到受试材料样板上，使受试样品获得强度数倍于自然光的辐照。调整镜面，使照射到镜面的阳 光刚好反射到受试样品上，从而加强辐照度，镜子支架通过双轴跟踪系统全天跟踪太阳，样品背后有风 扇给样品降温。并且可以通过调整镜面的个数获得不同程度的加速暴晒试验，ATLAS 还研发了带有温 度控制、温度补偿、喷淋等附件的 EMMA 设备，甚至多个不同的 EMMA 联用。该装置要求镜面必须 能够全光谱反射太阳光，以确保样品接受到的辐射光谱接近于太阳光谱[4]。该方法常用的试验标准有 ASTM G90、ASTM D4141、ASTM D4364 等。 3 人工加速老化 3.1 氙灯老化
件
盘、内后视镜
性地设置：氙弧 10-3 月：南向、5
广电计量检测股份有限公司 联系方式：(020)38699960 网址：/
腰线以上，受阳光影响强 仪表板上部倾斜面、门板装饰面上表 灯滤镜配置、喷 减去纬度角；
2
烈的内饰件
面、前柱、后柱
淋条件、光照强 玻璃板下间Байду номын сангаас暴
特定的覆盖玻璃，整个箱体式密闭的，箱内配有黑板温度计、各种传感器、温度调节风扇等装置；覆盖
玻璃上有温控的帘子，在箱内温度超过限度并且风扇也不能够把箱内温度降到规定要求或者风扇失效
时，会自动放下帘子进行遮盖，防止箱内的温度超过设定值。箱内的温度上限模拟了汽车内最严酷的情
况，由于材料在车内的安装位置和使用条件不同，不同的材料和部件有不同的温度上限，见表格 1[3]。
化、光泽降低、分层、翘曲、渗出物等进行检查评价。目前常用的整车暴晒标准有 ASTM G7、ISO 877，
另外 FORD、VW 等各大汽车制造商都有自己的整车暴晒试验标准。
为了提高试验速度，对整车暴晒进行加速试验，国外
老化公司还发明一种太阳跟踪转盘，见图 1。把整车暴露
在上面使目标区域全天跟踪太阳，从而加速暴晒试验。在
透过率(%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
310 320 330 340 350 360 370 380 390 400
波长(nm)
单层标准厚度玻璃 染色玻璃 染色层化玻璃
透明钢化玻璃 层化玻璃
图 2 不同类型汽车玻璃的紫外线透过率（资料来自于 ATLAS 气候服务集团）
对于内饰材料和部件需要考虑的另外一个因素是汽车的玻璃系统。汽车内饰件包括车顶装饰、内部 装饰、仪表板等制件，座椅及内饰面用 PVC，仪表板小零件用 ABS，车厢内饰和方向盘用 PP，座椅及 内衬用 PU 等材料和部件不再直接暴露于阳光下，而是透过了玻璃的阳光。由于不同玻璃对太阳光的传 导截止点以及对光线的透过率不同，车内的光谱能量分布也会不同，随着汽车玻璃面积的不断的增加， 汽车玻璃对汽车内饰件的老化影响越来越突出。如前所述，不同的光谱能量分布会引起汽车内饰材料不 同方式和程度的破坏，因此在试验中必须考虑汽车的玻璃系统。图 2 展示了不同类型的玻璃对紫外线的 透射率[2]。
1.基本老化因素
汽车用高分子材料老化降解的三个主要气候因素为：日光辐射、水（湿度）和温度。其中不仅有数
量的问题，各参数的质量也是一个很重要的因素。不同波长的日光对高分子材料会造成不同程度的破坏，
因为特定的高分子材料只吸收特定波长的光；材料与水的接触也分为不同的形式和阶段，这些不同将会
导致不同的降解过程；温度的冷热循环会产生机械应力，特别是对于复合材料，与长期高温作用相比，
试验标准 GM 9538P
GMW 3417M GM 2617M FORD DVM-0020
主要参数 玻璃下密封限定温度静态暴晒、玻璃下密封限定温度跟踪太阳暴晒等
试验箱温度上限：85℃、93℃、103℃、110℃
能量计量方法： SASR（Seasonally Adjusted Solar Radiation）、MJ/m2、 UV、试验日期
灯试验方法。
汽车作为全天候使用产品，需要考虑的环境因素很多，除了以上试验方法外，常用的还有荧光紫外
老化试验，高、低温老化试验，腐蚀试验等试验方法。汽车材料的耐久性是影响其使用满意程度的极其
重要的因素。汽车材料的劣化，如仪表盘提前破损、增塑剂迁移、保险杠失光、变色等都会使顾客对汽
车总体质量评价产生负面影响。因此，各大汽车公司都有比较严格的试验标准，而且同时要求人工试验
同样辐照量的情况下该装置可以加速 30%。该装置使用了
一个可以转动的平板，把车安装在平板上，平板的底部装
有小脚轮，脚轮是按照旋转中心的切线方向排列的，可以
在全天内跟踪太阳。在整车暴晒过程中，会有阴影区域，
图 1 太阳跟踪转盘
而通过该装置可以实现部分控制阴影，使汽车内饰件或外 饰件的目标区域获得最大的辐照量[1]。
广电计量检测股份有限公司 联系方式：(020)38699960 网址：/
另外，针对汽车内饰件如仪表板、面板、方向盘等零部件还研发了 IP/DP（Instrument Panel / Door
Panel）箱暴晒。它可以分为静态和跟踪太阳两种，暴晒角度一般为 45°或者 51°，箱体上表面要求用
做落球试验无损伤、无断裂 不退色、不粉化、无裂纹
3.2 金属卤素灯
目前，比较大型的老化测试设备一般是以金属卤素灯为光源的大型测试单元，可以进行整车以及大
型建筑的人工加速试验。金属卤素灯的光谱能量分布跟太阳光谱分布非常相似，特别是在红外线区域，
其紫外线的截止点为 280nm，其试验标准有 DIN 75 220。
和自然暴晒试验，表 4 简单介绍了某汽车公司对于零部件的老化试验规范。
表 4 某汽车公司零部件光老化试验
试验方法 分类
适用的零部件
实用举例
老化试验
加速暴晒试验
自然暴晒
内
水平安置，腰线以下，受 仪表板上表面、后货架上部、后座椅 水冷氙弧灯、气 4-9 月： 南向、
饰
1 阳光影响强烈的内饰件 上部、前座椅扶手（包括头枕）、方向 冷氙弧灯。针对 20 减去纬度角；
鉴于玻璃对自然光的过滤作用，对于内饰材料和零部件最科学的方法是采用玻璃下暴晒。其中有控 温控湿玻璃箱暴晒，该方法主要用于确定汽车内饰材料的老化性能，通过采用不同的覆盖玻璃来模拟各 种不同的车用玻璃，并通过一个双轴跟踪系统使样品最大量的接收太阳辐射以加速暴晒。箱内温度白天 维持在 70℃，夜间温度为 38℃，相对湿度维持在 75%，常用试验标准有 SAE J2230、AATCC 181 等。
2.2 材料及零部件暴晒
广电计量检测股份有限公司 联系方式：(020)38699960 网址：/
汽车用材料及零部件暴晒是最为广泛的汽车材料试验方法，最常用就是直接静态暴露，如塑料样板、 仪表板、保险杠等部件。暴晒的方式又可以分为有背板、无背板、黑箱暴晒等。有背板暴晒由于限制了 样品背面的空气流通而使样品的温度较高；暴晒的角度通常为 5°、45°和 90°等。暴晒角度的选择通 常是模拟材料或者零部件在车身实际的安装使用位置，如门板经常采用 90°暴晒，而仪表板则采用 5 °暴晒。为了加速暴晒试验，还开发了跟踪太阳的暴晒，这样就确保样品在一天之内最大限度的接受太 阳辐射而进行加速。材料及零部件的暴晒是必要的，但有时却是不够充分的，因为现在的汽车零部件往 往由多种材料复合构成，不同的材料具有不同的老化性能，这就需要将整个部件一起进行测试。例如车 头灯组件，是由塑料件、涂层、光学元件等构成的复合件，通常我们把它作为一个整体试验，而不是分 别对材料进行试验。零部件直接暴晒最常用的标准有 SAE J1976、SAE J576 等，FORD、GM 也都有相 应的标准。