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GB/T 7142-2002《塑料長(zhǎng)期熱暴露后時(shí)間—溫度極限的測(cè)定》

GB/T 20028-2005《硫化橡膠或熱塑性橡膠 應(yīng)用阿累尼烏斯圖推算壽命和最高使用溫度》

GB/T 7142-2002等效采用ISO 2578：1993；GB/T 20028-2005等同采用ISO 11346：1997；ISO 2578和ISO 11346均源于IEC 20216，因此GB/T 7142和GB/T 20028是相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，它們的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理方式都是一致的。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推算塑料和橡膠壽命的方法都是基于阿累尼烏斯公式。

2.1阿累尼烏斯（Arrhenius）公式

溫度是影響化學(xué)反應(yīng)速率的基本因素之一，溫度越高，反應(yīng)速率越快。速率常數(shù)k與溫度T的函數(shù)關(guān)系可用阿累尼烏斯公式描述：

<!--[if !msEquation]--><!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[endif]-->                            (1)

式中：A為指前因子；

      Ea為活化能；

      R為氣體常數(shù)；

      T為絕對(duì)溫度，K。

阿累尼烏斯公式廣泛用于聚合物老化過程的研究，是常用的經(jīng)驗(yàn)公式。

2.2  試驗(yàn)原理

在化學(xué)反應(yīng)中存在一個(gè)普遍的事實(shí)：溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度加快。在沒有確實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，存在這樣一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，范特霍夫規(guī)則，即溫度每升高10℃，反應(yīng)速率增大2-4倍。阿累尼烏斯公式是定量描述反應(yīng)速率和溫度之間的關(guān)系的一個(gè)公式：

                      <!--[if !vml]--><!--[endif]-->     （2）

其中k——反應(yīng)速率常數(shù)，min-1；

   A——指前因子，min-1；

   Ea——活化能，J/mol；

   T——熱力學(xué)溫度，K。

化學(xué)反應(yīng)關(guān)系以式（2）表示：

Fx（t）=k（T）t      （3）

式中Fx（t）——表示反應(yīng)程度的函數(shù)；

     t——反應(yīng)時(shí)間，min。

在不同的反應(yīng)溫度，以不同的反應(yīng)速率，不同的反應(yīng)時(shí)間，經(jīng)相同的反應(yīng)機(jī)理達(dá)到相同的反應(yīng)程度時(shí)，其性能一致，且Fx（t）為一定值，把式（2）帶入式（3）以式（4）表示：

                   <!--[if !vml]--><!--[endif]-->    （4）

合并常數(shù)項(xiàng)后，以對(duì)數(shù)式（5）表示：

                      <!--[if !vml]--><!--[endif]-->         （5）

式（5）體現(xiàn)了失效時(shí)間與溫度之間的關(guān)系，是進(jìn)行壽命推算的依據(jù)。

應(yīng)用式（5）進(jìn)行壽命推算有個(gè)前提條件：

在研究的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)的活化能相同，反應(yīng)機(jī)理不變；在高溫下進(jìn)行試驗(yàn)可能導(dǎo)致機(jī)理變化，老化曲線發(fā)生偏離。因此對(duì)試驗(yàn)溫度應(yīng)做一些限定：在GB/T 7142-2002中指出在研究范圍內(nèi)，被試塑料不應(yīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，特別是一級(jí)轉(zhuǎn)變；GB/T20028-2005中指出外推法通常限制在最終數(shù)據(jù)點(diǎn)的30-40℃內(nèi)，如果需要獲得更長(zhǎng)的外推直線，應(yīng)考慮結(jié)果的不確定因素；同時(shí)限定了在最高試驗(yàn)溫度下性能達(dá)到臨界值的時(shí)間不少于100h的規(guī)定。

高分子材料在貯存條件下主要發(fā)生熱氧老化。熱的作用將加速高分子材料的交聯(lián)、降解等化學(xué)變化，宏觀表現(xiàn)出物理機(jī)械性能的改變，某些性能與老化時(shí)間呈單一變化，如：拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率等。按照性能與老化時(shí)間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式，可求得性能變化速率常數(shù)（k）。在一定溫度范圍內(nèi)，速率常數(shù)與熱力學(xué)溫度（絕對(duì)溫度）的關(guān)系一般符合阿累尼烏斯（Arrhenius）方程。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可預(yù)測(cè)室溫下的貯存性能。

2.3臨界值

預(yù)先選定的試驗(yàn)性能原始值的一個(gè)百分?jǐn)?shù)，達(dá)到該值時(shí)，終止老化試驗(yàn)。通常以50%的性能保持率為臨界值。如果老化后要求性能保持某一最小值，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商，可選用該最小值作為臨界值。

廣州老化所/化學(xué)工業(yè)合成材料老化質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心

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