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老化測(cè)試

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發(fā)布時(shí)間：2025-03-12 15:52:14 更新時(shí)間：2025-03-11 15:54:25

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

老化測(cè)試（Aging Test）是評(píng)估材料、產(chǎn)品或系統(tǒng)在模擬環(huán)境或加速應(yīng)力條件下的性能退化規(guī)律的重要手段，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、化工、建筑等領(lǐng)域。以下是基于 ISO 4892（塑料老化測(cè)試）、IEC 60068（電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)） 及 ASTM G154（非金屬材料紫外老化） 的系統(tǒng)化檢測(cè)方案：

一、常見(jiàn)老化測(cè)試類型與標(biāo)準(zhǔn)

老化類型	適用對(duì)象	核心參數(shù)	標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)
熱老化	塑料、橡膠、涂層	溫度（70~~150℃）、時(shí)間（168~~1000h）	ISO 188:2011
紫外老化	高分子材料、汽車外飾	輻照度（0.7W/m²@340nm）、循環(huán)（光照+冷凝）	ASTM G154-23
濕熱老化	電子元件、金屬鍍層	溫度（85℃）、濕度（85%RH）、時(shí)間（500~1000h）	IEC 60068-2-78
臭氧老化	橡膠、彈性體	臭氧濃度（50~200pphm）、拉伸率（20%~40%）	ISO 1431-1:2020
鹽霧老化	金屬涂層、汽車零部件	NaCl濃度（5%）、pH（6.5~~7.2）、時(shí)間（48~~2000h）	ASTM B117-23
機(jī)械疲勞老化	軸承、連接器、線材	循環(huán)次數(shù)（10?~10?次）、載荷（±50%極限強(qiáng)度）	ISO 12107:2012

二、老化測(cè)試核心流程

1. 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

應(yīng)力選擇：根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境確定主導(dǎo)老化因子（如熱帶地區(qū)優(yōu)先濕熱+紫外）；
加速模型：通過(guò)Arrhenius方程（熱老化）或輻照度-時(shí)間等效（紫外老化）推算加速系數(shù)；
參數(shù)設(shè)定：溫度、濕度、輻照強(qiáng)度、循環(huán)周期、機(jī)械載荷等。

2. 樣品制備與預(yù)處理

取樣要求：
- 塑料/橡膠：標(biāo)準(zhǔn)啞鈴型試樣（ISO 527-2）；
- 涂層：劃格法（ISO 2409）或百格刀制備測(cè)試區(qū)；
- 電子器件：實(shí)際產(chǎn)品（帶外殼/PCB組裝）。
預(yù)處理：恒溫恒濕平衡（23℃/50%RH×24h，ISO 291:2020）。

3. 測(cè)試執(zhí)行

設(shè)備示例：
- 紫外老化箱（Q-Lab QUV/spray）；
- 恒溫恒濕試驗(yàn)箱（ESPEC PL-3J）；
- 鹽霧試驗(yàn)機(jī)（Ascott S450）；
- 動(dòng)態(tài)機(jī)械疲勞試驗(yàn)機(jī)（Instron 8802）。
監(jiān)控指標(biāo)：溫度均勻性（±2℃）、濕度波動(dòng)（±3%RH）、輻照度校準(zhǔn)（±0.02W/m²）。

4. 性能評(píng)估與失效分析

評(píng)估指標(biāo)	測(cè)試方法	判定標(biāo)準(zhǔn)
力學(xué)性能保留率	拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率（ISO 527）	強(qiáng)度保留≥80%（熱老化1000h）
顏色變化（ΔE）	色差儀（CIE Lab，D65光源）	ΔE≤2.0（紫外老化500h）
電性能衰減	絕緣電阻（IEC 60112）、導(dǎo)通電阻（四線法）	電阻變化率≤10%（濕熱老化1000h）
微觀結(jié)構(gòu)分析	SEM（掃描電鏡）、FTIR（化學(xué)鍵變化）	無(wú)裂紋、氧化層≤5μm（鹽霧48h）

三、加速老化模型

1. 阿倫尼烏斯模型（熱老化）

加速因子=eEaR(1Tuse−1Ttest)加速因子=eREa??(Tuse?1?−Ttest?1?)

參數(shù)：活化能 EaEa?（eV），氣體常數(shù) R=8.314 J/(mol\cdotpK)R=8.314J/(mol\cdotpK)，溫度 TT（K）。
應(yīng)用：推算實(shí)際使用時(shí)間（如85℃×1000h ≈ 25℃×10年，假設(shè) Ea=0.7 eVEa?=0.7eV）。

2. 紫外老化等效輻照

等效時(shí)間=測(cè)試輻照度自然輻照度×測(cè)試時(shí)長(zhǎng)等效時(shí)間=自然輻照度測(cè)試輻照度?×測(cè)試時(shí)長(zhǎng)

示例：測(cè)試輻照度0.7W/m²（340nm）×2000h ≈ 亞利桑那州1年自然曝曬（約2800kJ/m²）。

四、國(guó)際與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

參數(shù)	ISO標(biāo)準(zhǔn)	ASTM標(biāo)準(zhǔn)
紫外老化循環(huán) 光照4h + 冷凝4h（ISO 4892-3）	光照8h + 冷凝4h（G154）	無(wú)
濕熱老化條件 85℃/85%RH×1000h（ISO 24417）	85℃/85%RH×500h（D618）	85℃/85%RH×1000h（60068-2-67）
鹽霧試驗(yàn)濃度 5% NaCl（ISO 9227）	5% NaCl（B117）	5% NaCl（60068-2-11）

五、設(shè)備與工具推薦

設(shè)備/工具	用途	推薦型號(hào)/品牌
紫外老化箱	模擬太陽(yáng)紫外與冷凝環(huán)境	Q-Lab QUV/se（340/313nm燈管）
恒溫恒濕試驗(yàn)箱	濕熱老化與溫度循環(huán)測(cè)試	ESPEC PR-3J（-70~150℃）
鹽霧腐蝕試驗(yàn)機(jī)	中性鹽霧與循環(huán)鹽霧測(cè)試	Ascott S90-F（符合ASTM B117）
動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀	材料疲勞與蠕變性能測(cè)試	TA Instruments DMA 850

六、測(cè)試報(bào)告與失效分析

報(bào)告內(nèi)容：
- 測(cè)試類型（如UV 500h + 鹽霧 96h）、樣品信息（材質(zhì)、工藝）；
- 性能數(shù)據(jù)（ΔE、強(qiáng)度保留率、電參數(shù)）；
- 合規(guī)性結(jié)論（如“符合IEC 60068-2-5濕熱耐久性要求”）。
失效分析流程：
- 宏觀檢查：裂紋、變色、起泡；
- 微觀分析：SEM觀察晶界腐蝕，EDS元素分布；
- 化學(xué)分析：FTIR檢測(cè)氧化產(chǎn)物，GC-MS分析揮發(fā)性降解物。

七、應(yīng)用案例

汽車外飾件：紫外+濕熱+鹽霧復(fù)合老化（SAE J2527），模擬10年氣候老化；
光伏背板：紫外150kWh/m²（IEC 61215）后，絕緣電阻≥1000MΩ；
醫(yī)用塑料：濕熱老化（121℃×24h，ASTM F1980）后，無(wú)溶出物超標(biāo)。

通過(guò)系統(tǒng)化老化測(cè)試，可量化產(chǎn)品壽命、優(yōu)化材料配方并驗(yàn)證設(shè)計(jì)可靠性。建議采用 組合應(yīng)力測(cè)試（如溫度循環(huán)+振動(dòng)） 模擬真實(shí)工況，并建立企業(yè)級(jí)老化數(shù)據(jù)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)。