用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法，包括步驟(1)：在戶外開(kāi)展氣候老化試驗(yàn)時(shí)，采用公式表示由大氣輻照和溫度造成的高分子材料試驗(yàn)樣品的老化損傷D；步驟(2)：存在高分子材料樣品老化的有效溫度Teff，該有效溫度Teff為常數(shù)，使得同樣的高分子材料樣品接受相同劑量的輻照后會(huì)導(dǎo)致與步驟(1)中的老化損傷D同樣的老化損傷D，該老化損傷D如公式所示；步驟(3)：整理得公式通過(guò)該公式即可求得高分子材料樣品老化的有效溫度Teff。該方法能夠更好地為高分子材料的服役壽命預(yù)測(cè)服務(wù)。
【專利說(shuō)明】用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣候老化有效溫度計(jì)算方法，具體是指用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分 子材料老化有效溫度的計(jì)算方法，用于計(jì)算某種氣候環(huán)境若干自然年內(nèi)的氣候老化有效溫 度。

【背景技術(shù)】
[0002] 高分子材料老化研究領(lǐng)域的一個(gè)共同目標(biāo)是材料的戶外服役壽命預(yù)測(cè)。為了攻克 這個(gè)難題，輻照和溫度這兩個(gè)主要因素的作用規(guī)律必須研究透徹。經(jīng)過(guò)多年的科學(xué)研究與 技術(shù)積累，已知通過(guò)統(tǒng)計(jì)人工加速老化試驗(yàn)中的總輻照量可與戶外氣候老化站點(diǎn)的輻照劑 量進(jìn)行比較；但溫度無(wú)法加和，無(wú)法用相同的處理方式衡量其對(duì)于高分子材料老化所起的 作用。
[0003] 目前，在高分子材料老化研究領(lǐng)域，對(duì)于溫度的處理主要有兩種方式：其一是直接 把監(jiān)測(cè)的環(huán)境溫度當(dāng)成樣品溫度，但由于環(huán)境溫度與樣品溫度通常有一定差距，環(huán)境溫度 并不能準(zhǔn)確反映樣品的實(shí)際溫度，因此這種做法會(huì)增加試驗(yàn)結(jié)果及服役壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的不 確定性；其二是直接把監(jiān)測(cè)的樣品表面溫度當(dāng)成樣品溫度，雖然樣品表面溫度與樣品溫度 非常接近，能夠較為真實(shí)地反映樣品溫度，但當(dāng)試驗(yàn)樣品批量巨大時(shí)，監(jiān)控每一個(gè)試驗(yàn)樣品 的表面溫度的時(shí)間投入及經(jīng)濟(jì)成本太高，導(dǎo)致該法的實(shí)用性受到局限。而樣品溫度對(duì)其老 化速率有重大影響，眾所周知，溫度每升高10°c，化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)加快2?4倍。因此，用環(huán) 境溫度或樣品表面溫度替代樣品溫度，會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率誤判，從而影響服役壽命預(yù)測(cè)結(jié)果 的準(zhǔn)確性與可靠性?？梢?jiàn)，正確處理樣品在氣候老化過(guò)程中的溫度參數(shù)，對(duì)于高分子材料老 化的服役壽命預(yù)測(cè)極其重要。同時(shí)，由于氣候老化過(guò)程中溫度和光照并非以獨(dú)立變量的模 式起作用，相同的材料處于不同地域，即便環(huán)境溫度相同，受光照等其他因素的綜合影響， 其老化行為也會(huì)不同。可見(jiàn)，科學(xué)衡量溫度對(duì)于高分子材料老化所起的作用，對(duì)于研究高分 子材料的老化歷程、預(yù)測(cè)高分子材料的服役壽命，以及量化不同地域的環(huán)境嚴(yán)酷度，指導(dǎo)材 料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等方面都具有非常積極的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算 方法，該方法能夠科學(xué)衡量溫度對(duì)于高分子材料老化所起的作用，可以更好地為高分子材 料的服役壽命預(yù)測(cè)服務(wù)。
[0005] 本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料 老化有效溫度的計(jì)算方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：
[0006] 步驟（1):在戶外開(kāi)展氣候老化試驗(yàn)時(shí)，采用公式（1)表示由大氣輻照和溫度造成 的高分子材料試驗(yàn)樣品的老化損傷D，
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法，其特征在于，該方法包 括如下步驟： 步驟（1):在戶外開(kāi)展氣候老化試驗(yàn)時(shí)，采用公式（1)表示由大氣輻照和溫度造成的高 分子材料試驗(yàn)樣品的老化損傷D，
(1) 式中： D--樣品的老化損傷； It--在t時(shí)刻時(shí)樣品的有效輻照度，單位為瓦每平方米（W/m2); A-指前因子，為常數(shù)； Ea-樣品的老化反應(yīng)活化能，單位為焦每摩爾（J/mol); R--氣體常數(shù)，8. 314X/(mol · K); Tt--為在t時(shí)刻時(shí)樣品的溫度，單位為攝氏度（°c); △t-樣品的試驗(yàn)時(shí)間間隔，單位為秒（s); 步驟（2):存在高分子材料樣品老化的有效溫度Trff，該有效溫度Teff為常數(shù)，使得同樣 的高分子材料樣品接受相同劑量的輻照后會(huì)導(dǎo)致與步驟（1)中的老化損傷D同樣的老化損 傷D，該老化損傷D如公式（2)所示，
(2) 式中： Teff--樣品老化的有效溫度； 步驟⑶：令公式⑴=公式（2)，并整理得公式（3)
(3) 公式（3)的左邊代表全年輻照量，通過(guò)公式（3)即可求得高分子材料樣品老化的有效 溫度Trff，該有效溫度Ttff能夠?yàn)轭A(yù)測(cè)高分子材料的服役壽命提供科學(xué)的溫度參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法， 其特征在于，所述步驟（3)中的有效溫度Trff具體計(jì)算步驟如下： (a) 按采樣時(shí)間間隔準(zhǔn)備一段時(shí)間跨度范圍內(nèi)的連續(xù)輻照度瞬時(shí)數(shù)據(jù)與同一時(shí)刻監(jiān)測(cè) 得到的溫度數(shù)據(jù)，按列填充于Excel表中； (b) 輻照度乘以時(shí)間間隔再除以單位進(jìn)制得出對(duì)應(yīng)采樣時(shí)刻的輻照劑量，將每個(gè)時(shí)刻 的輻照劑量加和，得出在考察時(shí)間范圍內(nèi)的總輻照劑量，完成上述公式（3)的左邊； (c) 通過(guò)查閱文獻(xiàn)或?qū)嶒?yàn)方法，確定實(shí)驗(yàn)對(duì)象的活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值，賦予所求的有效 溫度假設(shè)值； (d) 將輻照量、活化能、有效溫度、監(jiān)測(cè)溫度、采樣間隔等參數(shù)，按照
進(jìn)行 運(yùn)算再求和，即得上述公式的右邊； (e)運(yùn)用Excel表的Goal Seek函數(shù)，目標(biāo)單元格選定公式右邊之和所在的單元格，目 標(biāo)值輸入公式左邊之和，即令公式左右兩邊相等，可變單元格選定有效溫度Teff所在單元 格，Goal Seek函數(shù)經(jīng)過(guò)收斂運(yùn)算，即得有效溫度Trff。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法， 其特征在于：所述步驟（a)中，采樣時(shí)間間隔為Is?lOmin ;時(shí)間跨度范圍為1個(gè)月?10 年；所用計(jì)算軟件為Microsoft Excel表。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方 法，其特征在于：所述步驟（c)中，所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于芳香烴熱塑性工程塑料為 10?30kJ/mol ;所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于聚碳酸酯為16?20kJ/mol ;所述活化能經(jīng) 驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于汽車涂層為25?30kJ/mol ;所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于聚乙烯為55? 65kJ/mol ;所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于聚酯為65?70kJ/mol ;所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值 對(duì)于聚丙烯為125?130kJ/mol ;所述活化能經(jīng)驗(yàn)常數(shù)數(shù)值對(duì)于橡膠為180?190kJ/mol。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的計(jì)算方法， 其特征在于：所述步驟（c)中，所述有效溫度假設(shè)值為10?50°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的用于服役壽命預(yù)測(cè)的高分子材料老化有效溫度的 計(jì)算方法，其特征在于：所述的高分子材料為聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯或聚丙烯。
【文檔編號(hào)】G01K11/00GK104296888SQ201410493855
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】陶友季, 郭燕芬, 秦漢軍, 揭敢新, 張曉東, 馮皓 申請(qǐng)人:中國(guó)電器科學(xué)研究院有限公司