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高分子材料老化及寿命评估

 

 

寿命评估的背景及意义(DMA)

    随着科学技术的发展,高分子材料被广泛应用于工业、农业、交通运输、电子产品等领域,其发展状况影响着整个国家的经济和社会的建设。但高分子材料在储存、运输和使用过程中会受到阳光辐射、温度、湿气、氧气等环境条件影响,容易发生老化使其性能降低,甚至失去使用价值。

    应用在工程及交通领域中的材料,一旦失去使用价值,可能会造成致命的安全事故,如果对使用的材料提前进行一个寿命周期评估,可以对产品进行定期更换及维护,避免引起安全事故,因此预测其老化寿命变得十分重要。

 

老化方法(DMA)

常用老化方法 用途 主要仪器
热空气加速老化试验法:高温常压下的空气中的老化试验 评估产品在加热条件下的使用寿命 高温箱和热老化试验箱
湿热加速老化试验法:在一定的湿、热条件下老化试验 评估产品在热、湿条件下的使用寿命 恒温恒湿箱和快速温变湿热试验箱
人工气候试验法:模拟大气环境中的光、氧、热、湿度等因素的一种人工加速老化试验方法 评估产品在光、氧、热、湿度条件下的使用寿命 氙弧灯光源、荧光紫外灯光源、开放式碳弧灯光源

 

常见寿命评估材料

打印机胶辊 密封圈

 

高分子老化与寿命评估应用领域:

塑料管材 电线电缆 胶黏剂
塑胶汽车用品 橡胶垫片及橡胶管 橡胶油管

 

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测试案例:

高密度聚乙烯管材

● 要求:某电厂对新供HDPE管材,进行寿命评估。一方面评估供应商材料性能是否合格,一方面为后续的周期监管和维护方式做计划。

● 实验方案:在不同温度和湿度条件下,检测材料的拉伸强度,选择拉伸强度下降到50%为失效终点,通过建模和公式估算材料实际运行条件下的使用寿命。

● 结论:经推算,其使用寿命为10年。

● 案件跟进: 截止到2018年10月,已使用3年,该电厂反馈仍在正常使用,效果良好,预在使用第8年开始重点监管和维护。

 

建筑用电线和电缆

● 背景:由于线缆绝缘层在正常运行中逐步老化,如果使用时间超过规定年限,将可能引发漏电、火灾等安全事故。但由于电缆价格较高,为节约成本,不少房屋和道路下的供电线缆都被过度使用,如今因电缆“超期服役”或劣质电缆引起的火灾事故已不在少数。自1992年起,我国兴建的大量商品房开始把布线方式从明线改为暗线,当时国产电线由于技术、工艺、材料等因素,国家标准产品使用寿命只有25年。住建部在济南顺利审查通过建筑用电线和电缆两项推荐性国家标准,新标准首次规定电线电缆使用寿命不低于70年,同步房屋产权的70年。

● 要求:某线缆料供应商,对新线缆产品(供货海南)做寿命预估,是否满足国家标准。

● 实验方案:根据海南特殊的热带季风气候,设定在不同温度和湿度条件,检测线缆材料的耐漏电起痕指数,试样出现至少一个耐漏电起痕即为失效终点,通过建模和公式估算材料实际运行条件下的使用寿命。

● 结论:经推算,其使用寿命为72年,符合标准。

● 案件跟进:至今仍在正常使用,线缆公司未收到任何客诉。

 

复合绝缘子硅橡胶伞裙

● 背景:复合绝缘子硅橡胶伞裙运行中主要有物理机械和电气两方面的问题,物理机械方面主要包括脆断等问题,电气方面除闪络问题外,硅橡胶伞裙的老化是最主要的问题。尤其是闪络后电弧扫过的硅橡胶伞裙表面出现发白、粉化(无机填料析出)、憎水性降低甚至消失等情况。

● 要求:某电网公司要对即将使用的一批新的硅橡胶伞裙进行老化及寿命与预估。

● 实验方案:根据该地区的环境和气候条件,提出了老化特征指标:憎水性下降、硬度增加和抗撕裂强度变差。实验过程中以上指标老化到中期老化特征即为实验终点。以阿伦尼乌斯公式为基础建立合适的模型,室内老化实验的的时间推算自然环境下的寿命。

● 结论:预估硅橡胶伞裙的寿命是25年。

● 案件跟进:之前一批使用了20年(未出现中期老化),这批替换硅胶伞裙,基本符合要要求。

 

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