Основные методы исследования материалов, деталей машин и их свойств, страница 3

Тема 8.2           Методы оценки атмосферостойкости материала.

В машиностроении наблюдается четкая тенденция к облегчению конструкции узлов, а это возможно в результате увеличения доли деталей машин, изготовленных из полимеров или композиционных материалов (KM) на основе полимеров. Одним из недостатков полимерных КМ, замедляющих их внедрение в машиностроительной отрасли часто является их недостаточно высокая атмосферостойкость. Поэтому при разработке новых материалов на основе полимеров одним из этапов разработки является оценка атмосферостойкости материала.

Атмосферостойкость материалов – это их способность выдерживать действие различных атмосферных факторов (солнечной радиации, тепла, кислорода воздуха, влаги, промышленных газов и т. д.) в течение продолжительного времени без значительного изменения внешнего вида и эксплуатационных свойств (физико-механических, диэлектрических и др.).

Важнейшие атмосферные факторы, вызывающие старение полимера:

I.  По спектральному составу солнечное излучение, достигающие Землю, делят на УФ-, видимое и ИК-излучение. ИК-излучение  вызывает нагревание образцов; видимое излучение способствует нагреванию и может вдобавок  инициировать в полимерах фотофизические и фотохимические превращения. Наиболее опасной с точки зрения воздействия на полимерные материалы является УФ-состовляющая, граница которой лежит в пределах 280-400 нм. Взаимодействие  полимера с коротковолновой составляющей солнечного излучения приводит к необратимым физико-химическим процессам в материале.

II.  Важную роль в комплексе атмосферных факторов играет температура воздуха, которую следует рассматривать, как активатор процесса старения полимерных материалов. Резкие термоудары (перепад температуры в течение суток)  приводят к возникновению или возрастанию внутренних напряжений в изделиях.

III.  В составе  земной атмосферы кроме хорошего окислителя – кислорода – постоянно присутствуют следы сильно окисляющих веществ, таких как озон, перекись водорода, способствующих термоокислительному разрушению.

IV.  Промышленные примеси.   Наиболее  распространенными в промышленной атмосфере являются примеси диоксида серы и оксида азота. При наличии воды и SO₂ в атмосфере под влиянием излучения образуется разбавленная H₂SO₄, деструктирующе влияющая на полимерные материалы.

Методы исследования атмосферостойкости можно классифицировать:

(1)  по времени проведения испытаний  на

1.1.  долгосрочные,  проводимые на испытательных станциях, которые размещают на открытых незатененных площадках в разных, наиболее характерных климатических зонах.

1.2.  ускоренные  испытания, проводимые в специальных лабораториях. Главным критерием применимости того или иного метода для ускоренных испытаний является адекватность протекающих в полимерном материале физико-химических процессов явлениям, происходящим при экспозиции в естественных условиях.

(2)  по факторам, воздействующим на образец (при проведении ускоренных испытаний).

2.1.  комплексные испытания, включающие воздействие двух и более факторов (температура(Т) +влажность, Т+влажность+УФ, Т+влажность+УФ+ SO₂ и т. д.). Комплексные испытания проводятся в камерах искусственной погоды (ИП-1-2, ИП-1-3 и др.)

Пример: Один цикл комплексного испытания включает последовательную выдержку в трех режимах:

3 часа: режим I (t=80⁰C + УФ облучение         (λ=240÷320нм, мощность потока 64Вт/м²)+влажность 80%);

3 часа: режим II (t=  - 40⁰ C);

3 часа: режим I;

15 часов: режим III (комнатная температура).

65 циклов испытаний соответствуют 10 годам эксплуатации в условиях Беларуси.

2.2.      термоциклические испытания, включающие циклическое воздействие различных (чаще всего знакопеременных) температур.

Испытания проводятся в термокамерах, низкотемпературных установках, термоклавах и тд.

Пример: Один цикл термоциклического испытания включает последовательное термостатирование:

3 часа: при t=80⁰ C;

3 часа: при t=  - 40⁰ C; 

3 часа: при t=80⁰ C; 

15 часов при  комнатной температуре;