塑料制品寿命如何测算？

塑料制品使用寿命估算，通常采用加速试验方法及测试结果推测塑料制品的使用寿命。虽然这种估算结果的精确性和可靠性现在还不够理想，但是，在现有科学技术水平的限度内，建立一套程序，为估算塑料制品寿命提供一定的依据。

（一）塑料使用寿命估算程序

第一步是确定未防老化处理塑料的使用寿命。由于许多未防老化处理塑料（普通商品塑料）在使用环境中能迅速老化，所以通过实际使用数据积累的分析或标准的环境模拟试验常可获得较准确的数据，即使用寿命。但是，在这一阶段试验数据的可靠性取决于三种因素，即塑料的分析选择，环境因素及老化标准。

要分析塑料性能的一致性，其组成应尽可能地标准化，这样才能保证试验的可重复性及结果的可比性。要确定环境的主要因素，如塑料防热老化的主要因素是热和氧，只有这样才能保证模拟试验条件的真实性及结果的可靠性。要选择塑料老化在使用中的主要性能，如外观、力学性能或介电性能作为评价指标。试样的大小和形状也应标准化。这样才能与防老化处理塑料进行比较。

第二步是用加速试验的方法比较各种防老化处理塑料的稳定效率。同时，与末防老化处理塑料比较，推测其使用寿命。在这阶段加速试验方法的选定是关键。虽然每一种加速试验方法有一定理论基础，但是试验结果的精确性还是取决于对实际使用环境各种老化因素的模拟程度，以及塑料老化的测定。评价塑料的老化可选测直接导致塑料老化的性能，或与实际老化密切相关的性能。由一种主要因素所得出的评价结果，在考虑到第二种因素时，应予以调整。在这一阶段使用寿命的推测不一定是完全可靠的。当老化是由不常见或未认识的因素造成时，就可能出现错误和偏差。

第三步是进行全面补充和评价。第一步和第二步的完成仅仅是在塑料老化的基础上评价塑料组成的稳定性。但在具体的应用中，塑料的性能如何还取决于其他许多因素，如所受应力的大小，不常见或未认识环境因素的存在，以及与能影响稳定性的物质接触等。能影响塑料稳定性的物质有很多，如金属能催化塑料的老化反应，有些物质能抽出或使稳定剂改性等。因此，必须对实际使用数据积累及试验结果进行全面的补充和评价。这一阶段关键是寻求推测使用寿命与实际使用寿命的可靠关系，即确定安全使用系数。

虽然上述每一个步骤都不很完善，但只要精心地控制试验条件，是可以用现有的试验方法获得较可靠的数据。随着科学技术的进步，这类程序的可靠性将会不断提高。

（二）塑料长期受热作用后的时间温度极限的测定

塑料长期受热作用后的时间－温度极限的测定方法是目前国际上通用的塑料热老化使用寿命估算的试验方法。实践证明该方法符合实际，较可靠^［66］。其原理是：a.在选定的温度下，把所选性能（如力学性能、光学性能或电性能）的数值变化看作是时间的函数。测定性能的变化值。试验继续到性能达到或稍小于相应的临界值（ASTMD 3045无载荷塑料热老化推荐实施的方法规定：选择性能下降到它原始值的50%是比较合适的）为止。做出性能－时间曲线，从而求得该温度下的临界时间。上述试验必须在至少3个温度下进行。b.以临界时间的对数lgτ对相应的热力学温度之倒数1/T作图，求取最佳拟合直线。此线为阿累尼乌斯（Arrhenivs）图线，如图3－3－8所示。该图线与选定的时间极限（一般为20000h）的交点所对应的温度，即为所求的温度极限。c. 该图线外推的可靠性取决于是否得到满意的阿累尼乌斯图线。对于在选定温度范围内，性能与转变现象有关的材料，也可能得不到这样的图线，因此，就不能用直接外推法，来推测塑料热老化使用寿命。

图3－3－8 阿累尼乌斯（Arrhenivs）图线

τ_lim—外推的时间极限；θ_lim—外推的温度极限

塑料长期受热作用后的时间－温度极限的测定方法是采用热老化箱，并按照《GB/T 7142—2002塑料长期热暴露后时间－温度极限的测定》标准（参照ISO 2578）进行。标准中对受热温度的规定如下。(www.xing528.com)

①试样受热试验须在不少于3个温度（推荐4个温度）下进行。在此温度范围内，应能用外推法求取所需精度的时间－温度极限。其最低受热温度应使性能达到临界值的时间至少为5000h。同样，最高受热温度应使性能达到临界值的时间不少于l00h。

②若求取20000h以外的温度极限，则选择的最低受热温度应使性能达到临界值的时间至少为外推时间极限的1/4。

③选定最高受热温度（K）和最低受热温度（K）后，在1/K轴上选取相等增量，用与此相对应的温度作为中间的受热温度。

④选择受热温度时，应了解材料的时间－温度极限所处的近似温度范围。对不了解此温度范围的材料，必须进行探索性试验，以便选择最佳的受热温度。

采用塑料长期受热作用后的时间－温度极限的测定方法，即阿累尼乌斯定律及阿累尼乌斯图线外推选定性能的时间－温度极限，即推测塑料热老化使用寿命时，要特别注意和谨慎。因为，实验已发现非线性阿累尼乌斯图线^{［67－69］}，所以对非线性阿累尼乌斯图线不能直接采用外推法，去推测塑料热老化使用寿命。否则，推测结果不可靠，偏差很大。

实例：120μm聚丙烯流延薄膜

配方：全部试样都已加入0.10%酚类抗氧剂AO－54中B－225和0.10%硬脂酸钙。

a：酚类抗氧剂AO－4，0.05%；b：受阻胺类光稳定剂HALS－2，0.1%；c：受阻胺类光稳定剂HALS－3，0.1%；d：受阻胺类光稳定剂HALS－5，0.l%。

测试结果：见图3－3－9。

评价：从图3－3－9可以看出，配方a图线属非线性阿累尼乌斯图线，如果以高温试验点外推，必然得出偏差很大的结果，因此，不能直接采用外推法。据报道^{［67－68］}：像配方a的受阻酚抗氧剂都会出现这种现象。其影响因素较为复杂（如相容性、扩散速率、与其他添加剂的相互作用等）。

图3－3－9 120μm聚丙烯流延薄膜的老化时间－温度曲线^［68］