多环境因素下聚合物材料的老化失效规律及寿命的预测方法
【专利摘要】本发明涉及多环境因素下聚合物材料的老化失效规律及寿命的预测方法，属于高分子材料领域。本发明提供一种多环境因素下聚合物材料的老化失效规律的预测方法，基于多环境因素加速老化试验，获得聚合物材料在加速条件下的寿命特征指标-老化时间曲线，通过阿伦尼乌斯公式、倒易法则以及叠加法则计算相应老化失效加速因子，利用该加速因子将加速条件下的失效曲线外推至正常使用环境(多老化因素)下的老化失效曲线，从而实现了聚合物材料的老化失效规律的预测。本发明所得方法试验周期短，重复性好，理论推导简单，预测可靠性高。
【专利说明】多环境因素下聚合物材料的老化失效规律及寿命的预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多环境因素下聚合物材料的老化失效规律及寿命的预测方法，属于高分子材料领域。
【背景技术】
[0002]聚合物材料在长期服役环境下很容易发生降解，包括单独的或是同时的光化学降解、氧化降解以及水解等过程。这样的降解过程会引起材料显著的物理或是化学结构变化，最终导致材料的性能失效。因此，随着聚合物、聚合物共混及复合材料越来越多的应用于日常生活和工业领域中的结构材料，其长期服役寿命的预测变得十分必要。
[0003]然而，真实的长期服役环境老化试验通常是耗时的并且会耗费大量的人力财力，这使得直接对正常使用环境下的聚合物材料的服役寿命测试变得不切实际。因此，通过加速老化的手段对聚合物使用期限的预测需求日益增长。通常，聚合物材料的失效可以通过加强老化条件来加速。到目前为止，已有许多基于单因素老化条件强化方法的工作，致力于研究单一因素加速的服役寿命预测。这些方法通过提高包括温度、辐照量、相对湿度或是氧气压力等单一老化因素来加速聚合物材料的失效行为，通过外推单一加速老化条件下的失效规律曲线来预测材料在实际使用环境下的老化失效规律及失效寿命，可以一定程度的节约实验时间。
[0004]然而，单一因素下的加速老化试验不能够完全模拟材料在正常使用环境多老化因素条件下整体的降解过程及机理。并且为缩短试验时间，过于强化的单因素条件可能会造成老化机理的改变，导致寿命预测的失败。例如在提高温度加速老化过程中，利用阿伦尼乌斯公式将高温下聚合物材料的老化失效曲线向正常使用温度外推时，往往会由于高温及低温下老化机理的不一致出现阿伦尼乌斯曲线的线性偏离现象，导致外推失败。因此应用单因素强化加速老化试验进行寿命预测可靠性不足，在寿命预测过程中存在较大风险。
【发明内容】
[0005]针对上述不足，本发明提供了一种多环境因素下聚合物材料的老化失效规律的预测方法，该方法试验周期短，重复性好，理论推导简单，预测可靠性高。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]本发明要解决的第一个技术问题是提供一种多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，包括如下步骤:
[0008]a、聚合物材料进行多因素老化条件下的室内加速老化实验，得到聚合物材料的寿命特征指标-老化时间曲线，即老化失效曲线；所述寿命特征指标为实际使用环境中能够反映聚合物材料老化程度并能够用来表征聚合物材料失效的特征指标；
^ p" f I I ))( Y V?
[0009]b、计算加速老化因子AF，AF采用下式计算:2F=exp f~ ，式中X
V K \ J2 1I JAaI J
为除温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度；
[0010]C、利用b步骤所得加速老化因子，将步骤a所得老化失效曲线外推得到长期实际使用环境下的寿命特征指标-老化时间曲线，从而实现了多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测。
[0011]步骤a中，聚合物材料进行室内加速老化实验的多因素老化条件的确定方式为:
[0012]聚合物材料分别进行各项单因素老化条件下的室内加速老化实验，从而确定聚合物材料的敏感老化条件，各项敏感老化条件的组合即为多因素老化条件；其中，敏感老化条件即该老化条件的存在直接导致聚合物材料寿命特征指标随老化时间发生显著变化的老化条件；如对于PP材料，敏感老化条件即指温度、辐照量以及氧气压力。
[0013]本发明中，敏感老化条件包括环境因素，环境因素包括化学因素(温度、辐照量、相对湿度、氧气压力、酸雨)、物理因素(应力、灰尘)以及生物因素(微生物)中的至少一种。
[0014]步骤a中所述聚合物材料的寿命特征指标根据聚合物材料的失效机理和用途确定，其与聚合物材料寿命高度关联。
[0015]具体的，聚合物材料的寿命特征指标为表观性能、机械性能、阻燃性能、电性能、分子结构、结晶结构中的至少一种。
[0016]更具体的，所述表观性能为黄色指数、表面光泽度或表面粗糙度中的至少一种；机械性能为断裂伸长率、拉伸强度、杨氏模量或断裂点应力中的至少一种；阻燃性能为烟密度、极限氧指数或点燃温度中的至少一种；电性能为体积电阻率或表面电阻率中的至少一种；分子结构为分子量、羰基指数、接触角或表面化学基团含量中的至少一种；结晶结构为结晶度或长周期中的至少一种。
[0017]具体的，当聚合物为聚丙烯(PP)时，寿命特征指标为断裂伸长率、极限氧指数、分子量、羰基指数或是长周期中的至少一种；当聚合物为聚乙烯(PE)时，寿命特征指标为断裂伸长率、体积电阻率、极限氧指数、分子量、羰基指数或长周期中的至少一种；当聚合物为聚酰胺(PA6)时，寿命特征指标为断裂伸长率、分子量、羰基指数或长周期中的至少一种；当聚合物为聚碳酸酯(PC)时，寿命特征指标为断裂伸长率、羰基指数或分子量中的至少一种。
[0018]步骤b中，加速因子AF的计算公式的确定方法为:
[0019]聚合物材料多因素老化条件下室内加速老化实验中，改变某一单因素老化条件，固定其他因素老化条件，基于阿伦尼乌斯公式、倒易法则确定寿命特征指标的变化与各项单因素老化条件之间的定量关系，再基于叠加法则，确定寿命特征指标与多因素老化条件的关系;
[0020]所述阿伦尼乌斯公式为kT = ATexp (_Ea/RT)，式中k为聚合物材料寿命特征指标温度依赖的降解速率，At为温度依赖的指前因子，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度；
[0021]倒易法则kx = Ax(X)p，式中X为除温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，通过指数函数拟合确定P值，kx与Ax为依赖该老化条件的降解速率及指前因子；
[0022]叠加法则km = kTkx = AALLexp (_Ea/RT) (X)p，式中kAa及A-为多因素老化条件下寿命特征指标的降解速率及指前因子；
( P ( \ I ^ f Y γ;
[0023]力口速因子A7=Zll1 =exp -^l ——7.，kAIX1及kAIi2分别为加速老化条件
^ALLl VV2 J 2 J
及正常使用条件下聚合物材料的降解速率。
[0024]具体的，当聚合物材料为PP，其老化失效规律的预测方法包括如下步骤:
[0025]I)、PP材料按照GB/T 16422.2-1999的方法进行室内加速老化实验，得到PP的羰基指数-老化天数曲线，即老化失效曲线；
[0026]2)、计算加速老化因子AF, AF采用下式计算:
/ \p/\ / \q
AFall = -γ- exp —r~ (~- - —) -~r~，公式中I为福照度，T为老化温度，0为氧气压力，p为 0.5，q 为 1，Ea 为 49KJ/mol, R 为 8.314J molt1 ；
[0027]3)、将步骤I所得老化失效曲线乘上步骤2所得加速老化因子得到长期实际使用环境下的羰基指数-老化天数曲线；从而实现了多环境因素下PP老化失效规律的预测。
[0028]具体的，当聚合物材料为PE，其老化失效规律的预测方法包括如下步骤:
[0029]I)、PE材料按照GB/T 16422.2-1999的方法进行室内加速老化实验，得到PE的羰基指数-老化天数曲线，即老化失效曲线；
[0030]2)、计算加速老化因子AF, AF采用下式计算:
(J Y f V 1 1 VoY
AFil, = -j- exp-Tl，公式中I为辐照度，T为老化温度，O为氧气压力，p
J \K 1I 1I 八"2)
为 1，q 为 1，Ea 为 14.3KJ/mol, R 为 8.314J moll—1 ；
[0031]3)、将步骤I所得老化失效曲线乘上步骤2所得加速老化因子得到长期实际使用环境下的羰基指数-老化天数曲线；从而实现了多环境因素下PE的老化失效规律的预测。
[0032]具体的，当聚合物材料为PC，其老化失效规律的预测方法包括如下步骤:
[0033]I)、PC材料按照GB/T 16422.2-1999的方法进行室内加速老化实验，得到PC的羰基指数-老化天数曲线，即老化失效曲线；
[0034]2)、计算加速老化因子AF, AF采用下式计算:
/ \p / \
= ~r exP f "―7)，公式中I为福照度，T为老化温度，[RH]为相对湿
V 2 /J
度，P 为 1，q 为 2，Ea 为 21KJ/mol，R 为 8.314J moH1 ；
[0035]3)、将步骤I所得老化失效曲线乘上步骤2所得加速老化因子得到长期实际使用环境下的羰基指数-老化天数曲线；从而实现了多环境因素下PC的老化失效规律的预测。
[0036]本发明要解决的第二个技术问题是提供一种多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，包括如下步骤:
[0037]a、聚合物材料进行多因素老化条件下的室内加速老化实验，得到聚合物材料的寿命特征指标-老化时间曲线，即老化失效曲线；所述寿命特征指标为实际使用环境中能够反映聚合物材料老化程度并能够用来表征聚合物材料失效的特征指标；
^ f' ( I I Ar Y?
[0038]b、计算加速老化因子AF, AF米用下式计算:―1-，式中X
、K [J2 I1 JJy^2 y
为除温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度；
[0039]C、利用b步骤所得加速老化因子，将步骤a所得老化失效曲线外推得到长期实际使用环境下的寿命特征指标-老化时间曲线；
[0040]d、步骤c得到的寿命特征指标-老化时间曲线结合聚合物材料的失效判据来确定聚合物材料的老化失效寿命；聚合物材料的失效判据依照聚合物材料的失效机理、使用环境以及用途确定。
[0041]上述聚合物材料老化失效寿命的预测方法的a、b、c步骤同前述聚合物材料老化失效规律的预测方法。
[0042]具体的，上述多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法中，步骤d中的聚合物材料失效判据的确定方式为:聚合物材料使用初始的寿命特征指标值记为A，当A降低至其50%时表明聚合物材料失效，A从初始值至其降到50%时所需时间为聚合物材料的失效寿命。
[0043]本发明中，所述聚合物材料为聚合物、聚合物共混物或聚合物基复合材料。
[0044]所述聚合物为聚烯烃、芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚酰胺树脂、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。
[0045]所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯及其共聚物，所述芳香族聚酯聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述聚酰胺树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙610。
[0046]所述聚合物基复合材料为聚烯烃、芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚酰胺树脂、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中至少一种与无机填料的复合物，其中无机填料为纳米/微米级二氧化硅、炭黑、碳纳米管、石墨烯、碳酸钙、云母、滑石粉、粘土、玻璃纤维、玻璃微珠、碳纤维、金属粉末或木粉中的至少一种。
[0047]本发明的有益效果:
[0048]本发明方法利用多因素老化条件下的加速老化试验，获得聚合物材料在加速条件下老化失效曲线，通过阿伦尼乌斯公式、倒易法则以及叠加法则计算相应老化失效加速因子，利用该加速因子将加速条件下的失效曲线外推至正常使用环境(多老化因素)下的老化失效曲线，进而结合相应判据，确定聚合物材料的长期服役寿命。本发明所得方法试验周期短，重复性好，理论推导简单，预测可靠性高。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图1聚丙烯在室内加速老化以及海拉尔户外自然老化条件下的羰基指数增长曲线。
[0050]图2聚丙烯在海拉尔羰基指数增长曲线的预测值与实验值比较。
[0051]图3聚丙烯在室内加速老化以及广州户外自然老化条件下的羰基指数增长曲线。
[0052]图4聚丙烯在广州羰基指数增长曲线的预测值与实验值比较。
【具体实施方式】
[0053]以下列举的是本发明的若干具体实施例子，以对本发明进行详细描述。需要注意的是，本发明显然不限于以下实施实例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应被认为是本发明的保护范围。
[0054]实施例1多环境因素条件下聚合物材料海拉尔户外老化失效规律的预测方法
[0055]聚合物材料采用聚丙烯(T30s，独山子石化)，然后通过注射成型进一步制备符合ASTM拉伸测试标准的哑铃状试样。
[0056]使用氙灯老化试验箱(Cl 3000+, Atlas)对制备的哑铃状试样在实验箱温度为55±0.5°C，黑板温度为70±0.5°C，相对湿度为65±5%，辐照度为0.55W/m2/nm (340nm处)，102min干燥加18min去离子水喷淋循环的条件下进行加速老化实验(GB/T
16422.2-1999/IS04892-2:1994)。
[0057]对聚丙烯拉伸样条开展在海拉尔的户外老化实验，将聚丙烯拉伸样条放置于向南45°角的老化曝露架上，样条两端由铝板夹持进行无背衬曝露(GB/T 3681-2000/IS0877-1994)，海拉尔的户外环境参数为:海拔647m，年平均最高气温14.4°C，年平均辐照量4385MJ/m2，年平均氧气压力0.019MPa。
[0058]不同老化时间段对上述室内老化实验和户外实验进行取样，通过红外测试得到相应的羰基指数，得到聚丙烯在室内加速老化以及户外自然老化条件下的羰基指数增长曲线，如图1所示。
[0059]针对本实施例中的聚丙烯材料，根据PP户外老化实验条件得知，影响其寿命特征指标羰基指数的关键环境因素(即敏感老化条件)为温度、辐照量以及氧气压力，因此计算
(J Y (F I I Y0 Y
其加速因子的公不为A71 z = -y- exp-?~公式中I为福照度，O为氧气压
K1I J \ ^ h A 八"2 J
力，参数 P 取 0.5，q 取 1，Ea 取 49KJ/mol，R 为 8.314J moF1K^10
[0060]利用所得到的加速因子，即可预测出聚丙烯碳基指数在海拉尔的羰基增长曲线，其与真实的户外羰基指数增长曲线的比较如图2所示。通过图2可以看到，利用本发明的预测方法，推算出基于聚丙烯室内加速老化数据的预测值与户外自然老化条件下的测量值最大误差在13%左右，结果较为一致。
[0061]可见，利用本发明预测方法，在获得30天的室内加速老化数据后，可以推算出其户外自然老化条件下海拉尔901天的老化失效规律；即同真实的户外自然老化实验相比，本方法能够准确的预测多环境因素下聚合物材料的老化失效规律，且能明显的节约实验时间(节省约870天)，减少实验成本。并且进一步结合相应判据后，即可预测长期服役寿命。
[0062]实施例2多环境因素条件下聚合物材料广州户外老化失效规律的预测方法
[0063]聚合物材料采用聚丙烯(T30s，独山子石化)，然后通过注射成型进一步制备符合ASTM拉伸测试标准的哑铃状试样。
[0064]使用氙灯老化试验箱(Cl 3000+, Atlas)对制备的哑铃状试样在实验箱温度为55±0.5°C，黑板温度为70±0.5°C，相对湿度为65±5%，辐照度为0.55W/m2/nm (340nm处)，102min干燥加18min去离子水喷淋循环的条件下进行加速老化实验(GB/T16422.2-1999/IS04892-2:1994)。
[0065]对聚丙烯拉伸样条开展在广州的户外老化实验，将聚丙烯拉伸样条放置于向南45°角的老化曝露架上，样条两端由铝板夹持进行无背衬曝露(GB/T 3681-2000/IS0877-1994)。广州的户外环境参数为:海拔6.6m，年平均最高气温31.(TC，年平均辐照量3228MJ/m2，年平均氧气压力0.02 IMPa0
[0066]不同老化时间段对上述室内老化实验和户外实验进行取样，通过红外测试得到相应的羰基指数，得到聚丙烯在室内加速老化以及户外自然老化条件下的羰基指数增长曲线，分别得到聚丙烯在室内加速老化以及户外自然老化条件下的羰基指数增长曲线如图3所示。
[0067]针对本实施例中的聚丙烯材料，影响其重要性能/结构指标的关键环境因素为温度、辐照量以及氧气压力，因此计算其加速因子的公式为
AFiLL={^\ expi^(---)Y^l公式中I为福照度，O为氧气压力，参数P取0.5，参
ALL Tr p vT7 T Γ?
\l2 JV Λ 1I 1I JKij2 J
数 q 取 143取49耵/!1101，1?为 8.314J moF1K^10
[0068]利用所得到的加速因子，即可计算出聚丙烯重要结构指标在广州的羰基指数增长曲线，与真实的户外羰基指数增长曲线的比较如图4所示。通过图4可以看到，利用本发明的预测方法，推算出基于聚丙烯室内加速老化数据的预测值与户外自然老化条件下的测量值最大误差在13%左右，结果较为一致。
[0069]可见，利用本发明预测方法，在获得30天的室内加速老化数据后，可以推算出其户外自然老化条件下广州310天的老化失效规律；即同真实的户外自然老化实验相比，本方法能够明显的节约实验时间(节省约280天)，减少实验成本。并且进一步结合相应判据后，即可预测长期服役寿命。
【权利要求】
1.多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，其特征在于，包括如下步骤: a、聚合物材料进行多因素老化条件下的室内加速老化实验，得到聚合物材料的寿命特征指标-老化时间曲线，即老化失效曲线；所述寿命特征指标为实际使用环境中能够反映聚合物材料老化程度并能够用来表征聚合物材料失效的特征指标；
^ β f I I ^ ? Y 丫 >3、计算加速老化因子4?,4?米用下式计算:2^=610~r ，式中X为除
V \ ^ ? J八J温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度； C、利用b步骤所得加速老化因子，将步骤a所得老化失效曲线外推得到长期实际使用环境下的寿命特征指标-老化时间曲线，从而实现了多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测。
2.根据权利要求1所述的多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，其特征在于，步骤a中，聚合物材料进行室内加速老化实验的多因素老化条件的确定方式为: 聚合物材料分别进行各项单因素老化条件下的室内加速老化实验，从而确定聚合物材料的敏感老化条件，各项敏感老化条件的组合即为多因素老化条件；其中，敏感老化条件即该老化条件的存在直接导致聚合物材料寿命特征指标随老化时间发生显著变化的老化条件；优选的，敏感老化条件为化学因素、物理因素或生物因素；进一步，所述化学因素为温度、辐照量、相对湿度、氧气压力或酸雨中至少一种；所述物理因素为应力或灰尘中的至少一种；所述生物因素为微生物。
3.根据权利要求1或2所述的多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，其特征在于， 步骤a中所述聚合物材料的寿命特征指标根据聚合物材料的失效机理和用途确定，其与聚合物材料寿命高度关联；优选的，聚合物材料的寿命特征指标为表观性能、机械性能、阻燃性能、电性能、分子结构、结晶结构中的至少一种；更优选的，所述表观性能为黄色指数、表面光泽度或表面粗糙度中的至少一种；机械性能为断裂伸长率、拉伸强度、杨氏模量或断裂点应力中的至少一种；阻燃性能为烟密度、极限氧指数或点燃温度中的至少一种；电性能为体积电阻率或表面电阻率中的至少一种；分子结构为分子量、羰基指数、接触角或表面化学基团含量中的至少一种；结晶结构为结晶度或长周期中的至少一种； 进一步，当聚合物为聚丙烯时，寿命特征指标为断裂伸长率、极限氧指数、分子量、羰基指数或是长周期中的至少一种；当聚合物为聚乙烯时，寿命特征指标为断裂伸长率、体积电阻率、极限氧指数、分子量、羰基指数或长周期中的至少一种；当聚合物为聚酰胺时，寿命特征指标为断裂伸长率、分子量、羰基指数或长周期中的至少一种；当聚合物为聚碳酸酯时，寿命特征指标为断裂伸长率、羰基指数或分子量中的至少一种。
4.根据权利要求1?3任一项所述的多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，其特征在于，步骤b中，加速因子AF的计算公式的确定方法为: 聚合物材料多因素老化条件下室内加速老化实验中，改变某一单因素老化条件，固定其他因素老化条件，基于阿伦尼乌斯公式、倒易法则确定寿命特征指标的变化与各项单因素老化条件之间的定量关系，再基于叠加法则，确定寿命特征指标与多因素老化条件的关系; 所述阿伦尼乌斯公式为kT = ATexp (-Ea/RT)，式中k为聚合物材料寿命特征指标温度依赖的降解速率，At为温度依赖的指前因子，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度； 倒易法则kx = Ax(X)p，式中X为除温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，通过指数函数拟合确定P值，kx与Ax为依赖该老化条件的降解速率及指前因子； 叠加法则kAIX = kTkx = AALLexp (_Ea/RT) (X)p,式中kAIi及Aaix为多因素老化条件下寿命特征指标的降解速率及指前因子；
( F ( λ I \\f V ΛΡ 力口速因子A7= Zlli =exP ~Tr- ，kAIXi及kAIi2分别为加速老化条件及正
^ALLl Vv2 I ))\^7 J常使用条件下聚合物材料的降解速率。
5.根据权利要求1?4任一项所述的多环境因素下聚合物材料老化失效规律的预测方法，其特征在于，当聚合物材料为PP、PE或PC时，其老化失效规律的预测方法包括如下步骤: 1)、PP、PE、或PC材料按照GB/T16422.2-1999的方法进行室内加速老化实验，分别得到PP、PE或PC材料的羰基指数-老化天数曲线，即老化失效曲线； 2)、计算加速老化因子AF:f T Y (P I I Λ( Q Y 当聚合物材料为PP或PE时，AF采用下式计算f exp ^(---)，\^2 J V K I2 A 八j公式中，I为辐照度，T为老化温度，O为氧气压力，R为8.314J H1r1Ir1 ;当聚合物材料为PP时，P为0.5，q为l，EaS49KJ/mol ;当聚合物材料为PE时，p为1，q为1，Ea为14.3KJ/mo I ；
〃 / 丫 (K I 1、 当聚合物材料为PC时，AF采用下式计算:朴exp子P"]9，公式
K1I ) \K 12 1I J中I为辐照度，T为老化温度，[RH]为相对湿度，P为1，q为2，Ea为21KJ/mol, R为8.314JmoI 1K 1； 3)、将步骤I所得老化失效曲线乘上步骤2所得加速老化因子得到长期实际使用环境下的羰基指数-老化天数曲线；从而实现了多环境因素下PP老化失效规律的预测。
6.多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，其特征在于，包括如下步骤: a、聚合物材料进行多因素老化条件下的室内加速老化实验，得到聚合物材料的寿命特征指标-老化时间曲线，即老化失效曲线；所述寿命特征指标为实际使用环境中能够反映聚合物材料老化程度并能够用来表征聚合物材料失效的特征指标；
I IY 丫 b、计算加速老化因子AF,AF米用下式计算:jF=exp—r ，式中X为除
V V 1I y A 2)温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度； C、利用b步骤所得加速老化因子，将步骤a所得老化失效曲线外推得到长期实际使用环境下的寿命特征指标-老化时间曲线； d、步骤C得到的寿命特征指标-老化时间曲线结合聚合物材料的失效判据来确定聚合物材料的老化失效寿命；聚合物材料的失效判据依照聚合物材料的失效机理、使用环境以及用途确定。
7.根据权利要求6所述的多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，其特征在于，步骤a中，聚合物材料进行室内加速老化实验的多因素老化条件的确定方式为: 聚合物材料分别进行各项单因素老化条件下的室内加速老化实验，从而确定聚合物材料的敏感老化条件，各项敏感老化条件的组合即为多因素老化条件；其中，敏感老化条件即该老化条件的存在直接导致聚合物材料寿命特征指标随老化时间发生显著变化的老化条件。
8.根据权利要求6或7所述的多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，其特征在于，步骤a中所述聚合物材料的寿命特征指标根据聚合物材料的失效机理和用途确定，其与聚合物材料寿命高度关联；优选的，聚合物材料的寿命特征指标为表观性能、机械性能、阻燃性能、电性能、分子结构、结晶结构中的至少一种；更优选的，所述表观性能为黄色指数、表面光泽度或表面粗糙度中的至少一种；机械性能为断裂伸长率、拉伸强度、杨氏模量或断裂点应力中的至少一种；阻燃性能为烟密度、极限氧指数或点燃温度中的至少一种；电性能为体积电阻率或表面电阻率中的至少一种；分子结构为分子量、羰基指数、接触角或表面化学基团含量中的至少一种；结晶结构为结晶度或长周期中的至少一种。
9.根据权利要求6?8任一项所述的多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，其特征在于，步骤b中，加速因子AF的计算公式的确定方法为: 聚合物材料多因素老化条件下室内加速老化实验中，改变某一单因素老化条件，固定其他因素老化条件，基于阿伦尼乌斯公式、倒易法则确定寿命特征指标的变化与各项单因素老化条件之间的定量关系，再基于叠加法则，确定寿命特征指标与多因素老化条件的关系; 所述阿伦尼乌斯公式为kT = ATexp (-Ea/RT)，式中k为聚合物材料寿命特征指标温度依赖的降解速率，At为温度依赖的指前因子，Ea为降解表观活化能，R为气体常数，T为老化温度； 倒易法则kx = Ax(X)p，式中X为除温度外的老化条件，P为与材料有关的常数，通过指数函数拟合确定P值，kx与Ax为依赖该老化条件的降解速率及指前因子； 叠加法则kAIX = kTkx = AALLexp (_Ea/RT) (X)p,式中kAIi及Aaix为多因素老化条件下寿命特征指标的降解速率及指前因子；
Jc(E ( I I X 丫 力口速因子狀=,iLn =exP— TT- ，kAIX1及kAIi2分别为加速老化条件及正
^ALLlV V 2 //V 2 /常使用条件下聚合物材料的降解速率。
10.根据权利要求6?9任一项所述的多环境因素下聚合物材料老化失效寿命的预测方法，其特征在于，步骤d中的聚合物材料失效判据的确定方式为:聚合物材料使用初始的寿命特征指标值记为A，当A降低至其50%时表明聚合物材料失效，A从初始值降到其50%时所需时间为聚合物材料的失效寿命。
【文档编号】G01N33/00GK104181279SQ201410422607
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】黄亚江, 吕亚栋, 杨其, 李光宪 申请人:四川大学