PVC涂层膜材料寿命预测方法

    关于材料的寿命预测,国内外有关学者提出了各式各样的预测方法和数学模型。

    初的预测方法是以时间为表征指标,即确定一个时间变换系数其定义为大气老化和人工加速老化在材料某一性能上达到预设值时所需的时间之比。在此基础上,又产生了其它一些以时间为表征的方法,如速率变换方法,即人工气候老化和大气老化分别在给定的时间内,两者性能变化速率之比;有效时间变换方法,即人工气候老化和大气老化在性能达到某一规定值时所需的有效时间之比。由于时间变换系数由试验确定,受试验条件的影响比较大,即使在试验范围内人工气候试验和大气老化试验的相关性很好,也不能保证实际寿命预测的准确性。在时间变化系数方法的基础上又发展了太阳小时变换系数的方法,即在所确定的材料性能达到某一规定值的时间内,大气老化达到一定能量值的u照小时数与人工加速老化的光照小时数之比。叶苑棵、乔致雯等学者提出的数学模型就是基于这样的方法提出的。

    后来又提出能量等值方法,就是根据人工加速老化试验和大气老化试验中所接受的紫外福射能量相等的原则,通过人工加速老化试验来统计材料某机械性能达到规定值时所接受的累积紫外額射能,再结合实际使用场所的天气资料,通过外推法来预测材料在自然条件下性能达到该规定值所需的时间。具代表性的莫过于Bunsen和Roscoe在1859年首次提出的互易定律。他们的研究结论指出所有的光化学反应机理只与累积紫外福射能有关,而与决定累积紫外福射能的两个因素紫外福射强度/和照射时间?无关,并提出了互易定律的形式://=常数。即当/〖的值一定时,不同紫外福射强度下材料老化的效果是一致的。通过测量实验室光源的紫外福射强度和外界大气条件的紫外福射强度及实验室条件下的寿命,就可以推断材料在大气环境下的使用寿命。自互易定律提出以来,不少学者都对其实用性进行了研究。有的支持此观点,有的不支持。

    Diepens等学者研究了光照强度对双酷A碳酸酷老化的影响,试验结果发现光照强度对其老化机理没有影响。Chin. Joannie等学者对聚丙烯酸-三聚氰胺涂层在六种不同紫外福射强度(36W/m2?322 W/m2)下的试样进行照射,并用红外光谱(FTIR)和紫外光谱(UV)检测材料发生的化学变化,发现不同紫外福射强度下,试样具有不同的老化机理(包括键的断裂、氧化和失重)。杨旭东等学者研究也发现,当作用在聚丙稀上的紫外福射强度不同时,即使积累紫外福射能相同,聚丙稀长丝的老化性能存在差异。在较低的紫外福射强度下,人工加速老化与自然老化的相关性较好,在较高的紫外福射强度下,人工加速老化与自然老化的相关性较差。邱文灿等学者对PVC涂层膜材料的光氧老化研究发现,在不同紫外福射强度下,试样光氧老化的反应速度与紫外辖射强度不成正比,试样所受到的累积紫外福射能相同时,光氧老化程度不一致。所以简单的互易定律不能准确地应用于PVC材料的寿命预测。大量的研究发现在某些试验中存在互易定律失效的情况,为了弥补互易定律的不足,天文学家Schwarzschild将互易定律进行了修改,得出Schwarzschikl定律,即:

    式中,P为常数,它的取值因材料或试验条件的不同而不同。当p=l时,

Schwarzschild定律与互易定律时相同的。因此Schwarzschild定律是互易定律的普遍化。邱文灿学者发现p=0.7时,利用常数形式的Schwarzschild定律,很好地建立了 PVC涂层膜材料在不同紫外福射强度下的老化相关性。

    黄伟、黄大明和姚起洪学者在研究塑料老化性能时,提出了利用人工神经网络方法对塑料自然老化性能时间序列进行预测的新方法,并建立了计算模型,在此基础上对塑料使用寿命进行了预测,并实例计算证实了这种方法的有效性。该方法的优点是需要的试验数据较少,同时也可对统计规律不明显的试验数据进行处理。