環氧泡沫塑料由于其本身優良的特性,在電子行業和宇航工業得到了廣泛的應用,但是環氧泡沫塑料的老化問題對其的使用壽命有直接的影響,因此加強對環氧泡沫塑料老化性能的研究很有必要。室內使用的環氧泡沫塑料主要的熱氧化的老化形式,還類型的老化反應是按照游離基建鏈式進行化學反應,熱能主要起到促進反應加快的作用。對該種老化性能進行研究,一般是在適當的溫度環境下,對其的某一物理性的參數進行測量,最后將測量的數據建立時間、溫度以及與所得參數的關系式,最后分析、研究其的老化性能。
1 實驗
1.1 實驗準備
本實驗的實驗原料分別是市場進口的環氧泡沫塑料(H1)與自制的環氧泡沫塑料(H2),使用的實驗設備主要有高溫的試驗箱與擺錘式的沖擊試驗機。分別將兩種不同的實驗原料加工成為 120mmx15mmx10mm 的樣品。
1.2 老化性能的測試與結構表征
簡支梁沒有缺口的沖擊強度是按照 GB/T1043.1-2008 進行的,所用的擺錘的能量為 1J.在實驗的過程中,先對兩種環氧泡沫塑料樣品的初始沖擊強度進行測量,然后分別選取幾個不同溫度環境對兩種樣品進行加速老化,并且對兩種樣品的沖擊強度以及外觀顏色的變化進行詳細的記錄。環氧泡沫塑料的使用壽命可以用實驗化學反應的程度與溫度之間的關系進行表示,該方程式稱之為阿累尼烏斯方程,其中K(T) 表示的是實驗中化學反應的常數,T 表示的是熱力學的溫度,R 表示的是摩爾的氣體常數,而 E 則表示的是活化能,其單位為 KJ/MOL,而環氧泡沫塑料的化學反應的關系式可以用關系式進行表示,其中 FX(t)表示的是環氧泡沫塑料的化學反應的函數,而 t 則代表的是化學反應的時間,單位為 min.環氧泡沫塑料的老化反應在不同的反應時間、速率以及溫度環境下,達到相同的臨界值時,可以得出以下的關系式,該關系式中 B 是常數項。短時間內所測得的數據可以按照該關系式得出相應的曲線,并且可以通過得出的曲線對環氧泡沫塑料長時間的老化性能進行進一步的預測與研究。
2 實驗結果與分析
2.1H1 環氧泡沫塑料的老化試驗結果與分析
H1 環氧泡沫塑料通過空氣老化以后,沖擊強度會隨著化學反應時間的增加而逐漸的下降,并且隨著老化溫度的升高,沖擊強度下降的越快,其具體的老化試驗結果如表一所示:在不同的參數條件下對環氧泡沫塑料的材料沖擊強度與 lgt進行計算,所得出的計算結果如表二所示,其中材料的沖擊強度的保持率表示的是材料的初始沖擊強度與老化后的沖擊強度的對比值,而lgt則代表的是熱空氣老化的時間以10為底的對數,H1 環氧泡沫塑料的初始的沖擊強度為 2.80KJ/M2.
2.2H2 環氧泡沫塑料的老化試驗結果與分析
H2 環氧泡沫塑料經過熱空氣老化以后,沖擊強度在老化過程中的變化規律大體與 H1 環氧泡沫塑料的規律所一致,如表三所示。同樣對實驗中的每個參數條件下的材料的沖擊強度的保持率與 LGT 進行計算,所得出的結論如表四所示,其中 H2 環氧泡沫塑料的初始沖擊強度為 2.32KL/M2.
2.3 對兩種環氧泡沫塑料的老化性能進行對比
兩種環氧泡沫塑料在老化試驗的過程中顏色的變化情況如圖一至表五所示,從圖中我們可以清楚的看到在實驗的過程中H1 環氧泡沫塑料的顏色由白色變為了黑色,H2 環氧泡沫塑料的顏色由淡黃色變成了深棕色,通過比較 H1 環氧泡沫塑料的顏色變化的程度更大。
通過表五的數據對比我們可以清楚的知道,當老化溫度控制在 100.C 的范圍之內時,H1 環氧泡沫塑料有更好的沖擊強度保持率與更高的沖擊強度,但是當溫度過高,超過 100.C 時,H2 環氧泡沫塑料的老化性能更好,因此 H2 環氧泡沫塑料更適合使用于高溫環境。
3 結論
通過上述的實驗與實驗數據的分析,我們可以得出以下兩點實驗結論:
(1)兩種環氧泡沫塑料在溫度為 23.C 的環境下的老化壽命平均為 28 年。
(2)上述兩種實驗原料中,自制的環氧泡沫塑料的高溫老化性能更佳。
4 結語
總而言之,通過上文的實驗研究我們發現,環氧泡沫塑料的老化情況會隨著溫度的增加而加劇,因此想要有效的延長環氧泡沫塑料的使用年限,適當的控制環氧泡沫塑料使用環境的溫度是非常有效的。希望通過本文的研究,能夠有效的促進環氧泡沫塑料在宇航業以及電工行業中的廣泛、長久的使用。
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