一种多功能塑料加速老化测试装置及使用方法

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一种多功能塑料加速老化测试装置及使用方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种塑料老化测试装置及方法，特别涉及一种多功能塑料加速老化测试装置及使用方法。\n背景技术\n[0002] 塑料是重要的有机合成高分子材料，应用非常广泛，大多数塑料具有质轻，化学性稳定，耐锈蚀，耐冲击性好，耐磨，绝缘性好，成型性、着色性好，加工成本低等优点，在非金属材料中占有及其重要的应用地位。同时大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧，尺寸稳定性差，容易变形，多数塑料耐低温性差，低温下变脆，容易老化等缺点也是广大科研工作者重点研究的方向，尤其是塑料老化现象，同金属腐蚀现象一样，是目前技术攻关的重中之重。\n[0003] 塑料发生老化的原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的弱点，如具有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基，等等。外界或环境因素主要是阳光、氧气、臭氧、热、水、机械应力、高能辐射、电、工业气体（如二氧化碳、硫化氢等）、海水、盐雾、霉菌、细菌、昆虫等等。考察塑料抗老化性能优劣的主要手段就是进行老化测试试验，老化测试试验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。目前常见的老化测试主要有光照老化、湿热老化、热风老化、高低温试验、盐雾腐蚀、臭氧老化、热氧老化试验、埋地土壤腐蚀试验、液体介质老化试验、用户特定条件老化试验等。\n[0004] 实验室老化测试试验目前无论是测试现状，还是国内外不同标准的指标规定来看，均采用单一指标测试、多种指标综合分析的方法来评测塑料产品的抗老化性能，国内外至今均无一种可综合考察塑料老化性能的标准、技术方法或试验装置，例如规范管道防腐聚乙烯层各项指标常用的标准GB/T 23257-2009《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》中，有关聚乙烯防腐层抗老化性能的相关指标就有氧化诱导期、耐热老化100天、耐热老化200天、耐环境应力开裂、耐化学介质腐蚀、耐紫外光老化等十几项测试指标，相关检测实验室根据此标准所出具的测试报告中，抗老化性能相关数据较多，无法简单地获取测试项目相关老化性能的直观信息。国外有零星报到称，某些科研工作者利用热水长期浸泡的手段，在90天、100天、120天或更长时间的高温热水浸泡聚乙烯来考察其综合抗老化性能，经过与多项单一老化试验数据对比，得出大致相近的结果，所以建议通过热水长期浸泡来初步判断塑料的综合抗老化性能。此类手段虽有一定的指导意义，但可靠性不足，且测试周期长，测试效率较低。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种多功能塑料加速老化测试装置及使用方法，集合热、光、化学介质等多种功能于一体，通过不同的试验方案选择和功能设置，实现塑料的单一老化测试或高效的综合老化性能测试。\n[0006] 本发明提到的一种多功能塑料加速老化测试装置，其技术方案是：包括机架（1）、测试环境箱（3）、控制箱（5）、纯水槽（4）、化学溶液槽（6）和空气压缩机（7）六大部分，所述的机架（1）为主要承载部分，测试环境箱（3）、控制箱（5）、纯水槽（4）、化学溶液槽（6）均设置于机架（1）上部，测试环境箱（3）的左侧安设纯水槽（4），右侧安设控制箱（5）和化学溶液槽（6）；所述的测试环境箱（3）的外腔设有保温层（9），测试环境箱（3）内腔的底部设置有水雾喷头（17）、盐雾喷头（18）和液槽固定滑轨（19），通过液槽固定滑轨（19）可活动连接液槽（22），用于模拟长期浸泡老化测试；所述水雾喷头（17）用于模拟湿热老化，盐雾喷头（18）用于模拟盐雾腐蚀；所述测试环境箱（3）的外壁的底部设有加热器（20），测试环境箱（3）的四周设有多个可拆卸灯管槽（10）；另外，所述测试环境箱（3）内的水雾喷头（17）、盐雾喷头（18）、纯水槽（4）、化学溶液槽（6）的底部分别通过压缩空气管道（8）与空气压缩机（7）连通，所述测试环境箱（3）的顶部设有通风口及排风扇（21）。\n[0007] 优选的，上述的测试环境箱（3）中设置的液槽固定滑轨（19），液槽固定滑轨（19）的内壁附有导电铜片（23），导电铜片（23）通过导线与控制箱内配电系统连接；且所述液槽固定滑轨（19）滑轨内部尾端附带弹簧片开关，起被动安全断电功能。\n[0008] 优选的，上述的测试环境箱（3）中可活动安装液槽（22），液槽采用陶瓷材料制成，内部中下端装有电热阻丝，液槽底部的滑道脚的外壁附有导电铜片（23），电热阻丝与导电铜片（23）通过导线连接，液槽（22）滑入液槽固定滑轨（19）时，通过二者的导电铜片（23）的接触实现通路。\n[0009] 优选的，上述的测试环境箱（3）的四周设有八个可拆卸灯管槽（10），拆卸口设置在测试环境箱（3）的背部，可随意更换紫外灯管或氙灯灯管，可拆卸灯管槽（10）与测试环境箱（3）通过有机玻璃片（26）隔开，有机玻璃片（26）通过带有耐热的密封垫（25）安装在测试环境箱内壁（24），可通过更换不同透光率的有机玻璃片（26）实现测试环境箱内的光强控制。\n[0010] 优选的，上述的测试环境箱（3）内设有鹅颈管多功能温湿度探头（11），采用非金属材料制成，可用于空气温湿度探测和液体温度探测双功能特征，其调节杆采用耐高温、耐腐蚀的金属鹅颈管制成，可随意改变方向。\n[0011] 优选的，上述的测试环境箱（3）的内壁设有耐腐蚀的网板支架（12），所述网板支架（12）采用镀锌铁板、铝板、镍铬合金板或铝钛合金板制成。\n[0012] 优选的，上述的纯水槽（4）和化学溶液槽（6）均同空气压缩机（7）连接，利用压缩空气的负压效应将纯水或化学溶液带入测试环境箱（3）内，分别通过水雾喷头（17）或盐雾喷头（18）进行喷淋，且压缩空气管道（8）采用常闭电磁阀，通过控制打开电磁阀形成喷淋。\n[0013] 优选的，上述的控制箱（5）安设温湿度控制仪表（13）、功能开关（14）、总开关（15）和安全锁（16），温湿度控制仪表（13）具有程序控制温湿度的功能，总开关（15）控制整个测试装置的电源通断，安全锁（16）具有温湿度探测探头达到温度上限自动断电功能。\n[0014] 优选的，上述的功能开关（14）包括液槽电源开关、灯管开关、喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关。\n[0015] 本发明提到的一种多功能塑料加速老化测试装置的使用方法，步骤如下：\n[0016] （a）进行耐热水浸泡测试中：将测试样品放入液槽（22）中，液槽内盛有质量百分比为10%的NaCl水溶液，通过功能开关（14）关闭喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，将液槽（22）推入液槽固定滑轨（19），推至尾端完全卡合，使滑轨尾端的弹簧片开关闭合；打开功能开关（14）的液槽电源开关，同时将鹅颈管温湿度探头深入液面以下,与试样片的距离保持3mm内，通过调节温湿度控制仪表（13）使液槽内液体温度恒定在90±0.5℃；\n[0017] （b）进行紫外光老化模拟测试：待步骤a中的温度恒定以后，打开测试环境箱（3）后盖，在左内壁和右内壁各加入2个波长340nm的紫外灯管，安装透光率为47%的聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃片；\n[0018] （c）在进行湿热老化、高低温老化、盐雾腐蚀三种功能于一体的老化测试，具体如下：\n[0019] 将测试样品放入测试环境箱（3）内腔，通过功能开关（14）打开喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，利用压缩空气的负压效应将纯水带入测试环境箱（3）内，通过水雾喷头（17）喷淋，实现湿热老化测试；通过压缩空气的负压效应将化学溶液带入测试环境箱（3）内，通过盐雾喷头（18）进行喷淋，实现盐雾腐蚀老化测试；再通过测试环境箱（3）底部的电热器实现温度的调整，这样，完成高低温老化测试模拟。\n[0020] 本发明的有益效果是：本发明集合热老化、耐热水浸泡、紫外光老化、氙灯老化、耐化学介质腐蚀、湿热老化、高低温老化、盐雾腐蚀等多种功能于一体的老化试验箱，可以进行单一老化项目的测试，也可以同时引进紫外光、湿热、盐雾等多种加载测试项进行综合老化性能测试，综合性能测试周期短，能够在100h内即可彻底老化、劣化大多数塑料，试验可重复性高，为目前的塑料老化测试提供一种全新的测试思路，测试效率极高，也可为新型塑料老化综合试验标准的制定提供测试思路和测试数据支持。\n附图说明\n[0021] 附图1是本发明的结构示意图；\n[0022] 附图2是液槽和液槽滑轨连接的局部示意图；\n[0023] 附图3为可拆卸灯管槽的局部结构图；\n[0024] 上图中：机架1、万向轮2、测试环境箱3、纯水槽4、控制箱5、化学溶液槽6、空气压缩机7、压缩空气管道8、保温层9、可拆卸灯管槽10、鹅颈管多功能温湿度探头11、网板支架12、温湿度控制仪表13、功能开关14、总开关15、安全锁16、水雾喷头17、盐雾喷头18、液槽固定滑轨19、加热器20、通风口及排风扇21、液槽22、导电铜片23、测试环境箱内壁24、密封垫25、有机玻璃片26、测试环境箱外壁27。\n具体实施方式\n[0025] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。\n[0026] 实施例1，本发明提到的一种多功能塑料加速老化测试装置，包括机架1、测试环境箱3、控制箱5、纯水槽4、化学溶液槽6和空气压缩机7六大部分，所述的机架1为主要承载部分，测试环境箱3、控制箱5、纯水槽4、化学溶液槽6均设置于机架1上部，测试环境箱3的左侧安设纯水槽4，右侧安设控制箱5和化学溶液槽6；所述的测试环境箱3的外腔设有保温层9，测试环境箱3内腔的底部设置有水雾喷头17、盐雾喷头18和液槽固定滑轨19，通过液槽固定滑轨19可活动连接液槽22，用于模拟长期液体浸泡老化测试（液槽22在图1中未画出，由图2中可以看到安装的液槽）；所述水雾喷头17用于模拟湿热老化，盐雾喷头18用于模拟盐雾腐蚀；所述测试环境箱3的外壁的底部设有加热器20，测试环境箱3的四周设有多个可拆卸灯管槽10；另外，所述测试环境箱3内的水雾喷头17、盐雾喷头18、纯水槽4、化学溶液槽6的底部分别通过压缩空气管道8与空气压缩机7连通，所述测试环境箱3的顶部设有通风口及排风扇21，压缩空气通过空气压缩机7打入测试环境箱3内，通过顶部的通风口及排风扇21排出箱外，由于压缩空气的负压作用，可以将纯水槽4的水带入水雾喷头17喷出，也可以将化学溶液槽6内的化学溶液带入盐雾喷头18喷出。\n[0027] 参照附图2，本发明的测试环境箱3中设置的液槽固定滑轨19，液槽固定滑轨19的内壁附有导电铜片23，导电铜片23通过导线与控制箱内配电系统连接；且所述液槽固定滑轨19滑轨内部尾端附带弹簧片开关，起被动安全断电功能，液槽只有滑至滑轨尾端时才可触发弹簧片开关，实现通电。\n[0028] 所述的控制箱5安设温湿度控制仪表13、功能开关14、总开关15和安全锁16，温湿度控制仪表13具有程序控制温湿度的功能，总开关15控制整个测试装置的电源通断，安全锁16具有温湿度探测探头达到温度上限自动断电功能；所述的功能开关14包括液槽电源开关、灯管开关、喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关。\n[0029] 其中，液槽的电源采用双保险设置，包括主动的液槽电源开关和被动的滑轨内部尾端的弹簧片开关，双保险设置防止试验人员误接触液槽固定滑轨内壁铜片而导致的触电事故。\n[0030] 本发明测试环境箱3中可根据测试实验的需要，在需要进行长时间的液体浸泡时可以活动安装液槽22，采用陶瓷材料制成，内部中下端装有电热阻丝，液槽底部的滑道脚的外壁附有导电铜片23，电热阻丝与导电铜片23通过导线连接，液槽22滑入液槽固定滑轨19时，通过二者的导电铜片23的接触实现通路，电热阻丝通电。\n[0031] 参照附图3，本发明的测试环境箱3的四周设有八个可拆卸灯管槽10，拆卸口设置在测试环境箱3的背部，可随意更换紫外灯管或氙灯灯管，用来模拟可拆卸灯管槽10与测试环境箱3通过有机玻璃片26隔开，有机玻璃片26通过带有耐热的密封垫25安装在测试环境箱内壁24，可通过更换不同透光率的有机玻璃片26实现测试环境箱内的光强控制。\n[0032] 上述的测试环境箱3内设有鹅颈管多功能温湿度探头11，采用非金属材料制成，可用于空气温湿度探测和液体温度探测双功能特征，其调节杆采用耐高温、耐腐蚀的金属鹅颈管制成，可随意改变方向。\n[0033] 上述的测试环境箱3的内壁设有耐腐蚀的网板支架12，所述网板支架12采用镀锌铁板、铝板、镍铬合金板或铝钛合金板制成；化学溶液槽采用耐酸碱盐腐蚀的材料制成，优选的是陶瓷，玻璃；保温层为耐高温、不易燃烧的材料制成，优选的是硅酸盐材料、硅藻土材料、二氧化硅材料、石棉材料或以上材料的复配型保温材料。\n[0034] 上述的纯水槽4和化学溶液槽6均同空气压缩机7连接，利用压缩空气的负压效应将纯水或化学溶液带入测试环境箱3内分别通过水雾喷头17或盐雾喷头18进行喷淋，且压缩空气管道8采用常闭电磁阀，通过控制打开电磁阀形成喷淋。\n[0035] 本发明提到的一种多功能塑料加速老化测试装置的使用方法，步骤如下：\n[0036] （a）进行耐热水浸泡测试中：将测试样品放入液槽（22）中，液槽内盛有质量百分比为10%的NaCl水溶液，通过功能开关（14）关闭喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，将液槽（22）推入液槽固定滑轨（19），推至尾端完全卡合，使滑轨尾端的弹簧片开关闭合；打开功能开关（14）的液槽电源开关，同时将鹅颈管温湿度探头深入液面以下,与试样片的距离保持3mm内，通过调节温湿度控制仪表（13）使液槽内液体温度恒定在90±0.5℃；\n[0037] （b）进行紫外光老化模拟测试：待步骤a中的温度恒定以后，打开测试环境箱（3）后盖，在左内壁和右内壁各加入2个波长340nm的紫外灯管，安装透光率为47%的聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃片；\n[0038] （c）在进行湿热老化、高低温老化、盐雾腐蚀三种功能于一体的老化测试，具体如下：\n[0039] 将测试样品放入测试环境箱（3）内腔，通过功能开关（14）打开喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，利用压缩空气的负压效应将纯水带入测试环境箱（3）内，通过水雾喷头（17）喷淋，实现湿热老化测试；通过压缩空气的负压效应将化学溶液带入测试环境箱（3）内，通过盐雾喷头（18）进行喷淋，实现盐雾腐蚀老化测试；再通过测试环境箱（3）底部的电热器实现温度的调整，这样，完成高低温老化测试模拟。\n[0040] 另外，本发明以耐热水浸泡和紫外光老化两种综合老化性能测试为例，进行如下详细解释和说明：\n[0041] 本发明应用于耐热水浸泡测试中，将测试样品“管道防腐层3PE聚乙烯”试片放入液槽22中，液槽内为10%的NaCl水溶液，通过功能开关14关闭喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，将液槽22推入液槽固定滑轨19，推至尾端完全卡合，使滑轨尾端的弹簧片开关闭合；打开功能开关14的液槽电源开关，同时将鹅颈管温湿度探头深入液面以下,与试样片的距离保持3mm内，通过调节温湿度控制仪表13使液槽内液体温度恒定在90±\n0.5℃；待温度恒定以后，打开测试环境箱3后盖，在左内壁和右内壁各加入2个波长340nm的紫外灯管，进行紫外光老化模拟测试，安装按照GB/T2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》标准测定的透光率为47%的聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃片，通过太阳眼光度测试仪测定试片处的辐照度为0.89W/(m2·nm),符合GB/T 23257-2009《埋地钢制管道聚乙烯防腐层》标准的要求。\n[0042] 测试结果分析：以上实施例通过50h的加速老化测试试验，与在2400h热老化的平行样进行拉伸强度和断裂伸长率对比分析，测试结果分别为14.32Mpa和14.35Mpa，结果差值在±5%范围内，可认为具有同等的加速老化效果。\n[0043] 实施例2，本发明采用的实验测试装置与实施例1提到的相同，其不同之处是：本发明实现耐热水浸泡和氙灯老化两种综合老化性能测试，具体如下：\n[0044] 本发明应用于耐热水浸泡测试中，将测试样品“管道防腐层3PE聚乙烯”试片放入液槽22中，液槽内为10%的NaCl水溶液，通过功能开关14关闭喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，将液槽22推入液槽固定滑轨19，推至尾端完全卡合，使滑轨尾端的弹簧片开关闭合；打开功能开关14的液槽电源开关，同时将鹅颈管温湿度探头深入液面以下,与试样片的距离保持3mm内，通过调节温湿度控制仪表13使液槽内液体温度恒定在90±\n0.5℃；待温度恒定以后，打开测试环境箱3后盖，在左内壁和右内壁各加入2个氙灯灯管，进行氙灯老化模拟测试。\n[0045] 测试结果分析：以上实施例通过50h的加速老化测试试验，与在2400h热老化的平行样进行拉伸强度和断裂伸长率对比分析，测试结果分别为14.33Mpa和14.35Mpa，结果差值在±5%范围内，可认为具有同等的加速老化效果。\n[0046] 实施例3，本发明采用的实验测试装置与实施例1提到的相同，其不同之处是：本发明实现耐化学介质腐蚀、湿热老化、高低温老化、盐雾腐蚀等多种功能于一体的老化测试，具体如下：\n[0047] 本发明将测试样品“管道防腐层3PE聚乙烯”试片放入测试环境箱（3）内腔，通过功能开关14打开喷淋压缩空气电阀门开关、加热器开关和排风扇开关，利用压缩空气的负压效应将纯水带入测试环境箱（3）内，通过水雾喷头（17）喷淋，实现湿热老化测试；通过压缩空气的负压效应将化学溶液带入测试环境箱（3）内，通过盐雾喷头（18）进行喷淋，实现盐雾腐蚀老化测试；再通过测试环境箱（3）底部的电热器实现温度的调整，这样，完成高低温老化测试模拟。\n[0048] 测试结果分析：以上实施例通过100h的加速老化测试试验，与在2400h热老化的平行样进行拉伸强度和断裂伸长率对比分析，测试结果分别为14.31Mpa和14.35Mpa，结果差值在±5%范围内，可认为具有同等的加速老化效果。\n[0049] 以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。