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4.4恒定应力加速老化的寿命估算与可靠性

(2018-08-20 08:38:15)
标签:

原创科技著作

分类: 聚合物材料可靠性分析原理

     聚合物材料可靠性分析原理

                        石拓·著

 

4.4恒定应力加速老化的寿命估算与可靠性

 

虽然,恒定应力下的老化试验,可以获得可靠性意义下的老化寿命(见4.3)。但是,由于聚合物老化的缓慢,因此老化试验的时间一定是漫长的,除非特殊环境中的加速老化,譬如高温辐射等。因此,采用恒定应力下的老化试验,来估算聚合物材料的老化寿命,具有一定的局限性。

 

假如我们能够实现,把特殊环境中获得的老化数据,通过数据分析处理后,应用于推算通常使用环境下的老化寿命,那么将可大大的节约老化试验的时间。

 

1989年,在日本京都举办的国际聚合物加工学会第5届学术论文报告会(英文简写PPS-5)上,我们报告了论文“On the accelerative ageing of polymer materials”(论文编号15-8[11],论文提出了关于采用恒定应力加速老化的方法,用来估算通常环境聚合物材料老化寿命的方法。所谓的恒定应力加速老化,是指特殊环境的老化。

 

1990年,论文的中文版《论高分子材料的加速老化》(On the accelerative ageing of polymer materials1990)发表在《高分子材料科学与工程》杂志上[12]。下面的讨论是建立在上述论文的基础上,并且对所给出的定理和公式,进行了详细的证明和推导。

 

4.2.1的讨论中,讨论了聚合物材料,因为随时间老化而失效的分布函数(4-7),以及老化寿命的可靠度函数(4-8)。(4-7)和(4-8)是聚合物材料老化寿命估算的数学基础。在此基础上,我们已经讨论了,聚合物材料在恒定应力的环境中,老化寿命估算及其可靠性的分析(见4.3)。

 

现在,要进一步讨论,聚合物材料在恒定应力加速(特殊)老化的环境中,老化过程的动力学,以及老化寿命的估算。试图通过在加速环境中,获得的老化过程及其动力学参数,用于估算通常使用环境中的聚合物材料的老化寿命。

 

早年,物理化学家阿累尼乌斯(Arrhenius)和Ozawa,他们分别给出了估算聚合物材料老化寿命的方法,这就是著名的阿累尼乌斯(Arrhenius)类型曲线和Ozawa方法。这些方法可以在加速老化的实验中,把仪器所测量到的老化数据,用来推断常态环境中的老化寿命。但是,采用这些方法估算老化寿命的结果,往往误差较大,并且受到加速应力等条件的制约。因此有些观点认为,老化寿命估算的误差,可能是来自于加速老化和常态老化的机理不同[8]

 

然而,事实上,即使在老化机理相同的情况下,也有类似的结论。例如在热氧老化中,selGray等人的研究发现:聚合物在整个温度范围内,如果有两个以上因素影响反应(老化)过程,外推预测(老化寿命)将产生误差[13][14]

 

因此,试图用确定性的数学方法,将聚合物在加速老化实验中所得到有限的离散数据,用来常态环境的老化寿命外推估算,基本与实际情况距离较远。因此而产生了这样的一种考虑问题的思路,即:把高分子聚合物的老化过程,看作是一个随机过程,用随机过程的方法,研究高分子聚合物的老化,与性能的关系[1][2][3]

 

为此,我们已经建立了聚合物材料的随机过程数学模型(见4.2.1),研究了聚合物材料在非加速老化,即恒定应力情况下的老化寿命(见4.3)。现在,我们将数学模型加以推广,推广到恒定应力加速老化的情况,即恒定应力加速老化,或者称为特殊环境下的老化。

 

(待续)



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