如何评价塑料的长效热稳定性能？

（一）热空气暴露方法（又称热老化箱方法）

热空气暴露方法是一种测定塑料在强制通风的空气热老化试验箱中进行加速老化程度的方法。其原理是：将塑料试样置于热老化箱中，使其在一定温度下经受热和氧的加速老化作用。通过测试暴露前后性能的变化，以评定塑料的防热老化性能。

热空气暴露方法是采用热老化箱，并按照《GB/T 7141－2008塑料热老化试验方法》标准进行。标准中规定：塑料的老化程度是根据塑料在暴露试验中性能的变化来评价的。应选择对塑料应用最适宜及变化较敏感的下列一种或几种性能的变化来评定塑料的热老化性能。

①通过目测试样发生局部粉化、均裂、斑点、起泡及变形等外观的变化；

②质量（重量）的变化；

③拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度及冲击强度等力学性能的变化；

④变化、褪色及透光率等光学性能的变化；

⑤电阻率、耐电压强度及介电常数等电性能的变化；

⑥其他性能的变化。

标准还规定：根据有关塑料技术规范的规定或试验协议处理试验结果。试验结果应包括试样暴露前后各周期性能的测定值、保持率或变化百分率等。

热空气暴露方法是塑料长效热稳定性能测试的主要方法和常用方法。该方法具有实际应用老化的模拟性，又有老化的加速性。

实例1：聚丙烯

配方：聚丙烯∶复合抗氧剂＝100∶n份。酚类抗氧剂AO－54中B－215和B－225，都是酚类抗氧剂AO－4与亚磷酸酯类抗氧剂P－l的复配物，所不同的是配比不同。

a：无复合抗氧剂；b：B－215，0.1份；c：B－215，0.3份；d：B－215，0.5份；e：B－215，0.7份；f：B－225，0.3份；g：B－225，0.5份；h：B－225，0.7份。

试验仪器：有转盘和鼓风机的热老化箱。

试验条件：温度：150℃。

测试结果：见表3－3－3、表3－3－4、表3－3－5。

表3－3－3 含B－215，225的聚丙烯扁丝在150℃热老化的时间^［62］

表3－3－4 含B－215，225的聚丙烯扁丝在150℃热老化过程中的力学性能^［62］

注：①表示已出现脆化。

拉伸速度：原始及老化50h为100mm/min，其余为50mm/min。

表3－3－5 含B－215，225的聚丙烯扁丝在150℃热老化过程中熔体流动速率^①［62］

注：①扁丝经老化后，剪碎成小粒，测试温度190℃，负荷2160g，每10min流出的量（g）。

评价：本试验以试样尺寸为5cm×5cm出现脆点时间及脆化面达1/3的时间，为评定抗氧剂在聚丙烯中热稳定性的主要项目指标，同时测定拉伸强度、伸长率和热老化过程中熔体流动速率项目指标。根据《SH/T1542—1993聚丙烯和丙烯共聚物在空气中热氧化稳定性的测定烘箱法》标准，在目测试样破坏时间有争议时，亦可测量经某一规定老化时间后的试样的熔体流动速率的相对变化率来进行比较。

从表3－3－3可知，随复合抗氧剂用量的增加，防热老化性能相应提高。同时还可知，复合抗氧剂B－225热稳定效能优于B－215。从表3－3－4可以看出，聚丙烯扁丝经老化后伸长率急剧下降，而拉伸强度在老化过程中缓慢下降，以致配方c试样经过600h及800h老化后，虽已发生脆化，但仍具有较高的拉伸强度。同时还可以看出，经B－225处理的试样，伸长率下降比B－215处理的式样慢，进一步说明复合抗氧剂B－225热稳定效能优于B－215。从表3－3－5可以看出，随老化时间的增加，熔体流动速率增大，这表明聚丙烯在热老化过程中发生了降解。同时还可以看出，经B－225处理的试样，熔体流动速率增大比B－215处理的试样较小，同样说明复合抗氧剂B－225热稳定效能优于B－215。从测试结果总体看，聚丙烯热老化性能较敏感的测试项目是脆化指标。(www.xing528.com)

（二）氧化诱导期方法

氧化诱导期方法是一种常采用差热分析法（DTA），以塑料分子键断裂时的放热反应为依据^［64］，测试塑料在氧气中加速老化程度的方法。其原理是：将塑料试样与惰性参比物（如氧化铝）置于差热分析仪中，使其在一定温度下（一般为150～210℃），用氧气迅速置换试样室内的惰性气体（如氮气）。测试由于试样氧化而引起的DTA曲线（差热谱）变化，并获得氧化诱导期（min），以评定塑料的防热老化性能。

氧化诱导期方法是采用差热分析仪，并可参照（HG2－1398低密度聚乙烯树脂）标准中的氧化诱导期的测定方法进行。标准中规定如下。

（1）测定步骤

①称取5 ±0.1mg试样。将试样和等量的α－氧化铝分别置于样品杯和参比杯中，置于样品架上。

②氮气流量为（200 ±10）mL/min，以每分钟10℃速度升温，升温至（200 ±0.5）℃后保持恒温5min。

③用氧气置换氮气，氧气流量为（200 ±10）mL/min，继续保持试样处于流速为（200 ±10）mL/min的氧气中。

④气流切换的瞬间即为聚乙烯树脂的氧化诱导期起点。

⑤当通入氧气基线发生明显偏离后，试验即可停止。

（2）测试结果

从图3－3－6可以看出，通入氧气后试样氧化使基线发生明显偏离，在偏离的曲线上作一切线和基线的延长线的交点即为终点。从通入氧气至终点的时间即为诱导期t（min）。

图3－3－6 差热谱示意图

实例：聚烯烃

配方：聚烯烃+抗氧剂。

高密度聚乙烯HDPE（Cr）：熔体流动速率MFR（190℃/10kg）＝4.9g/10min，密度ρ＝0.953g/cm³。

高密度聚乙烯HDPE（Ti）：MFR（190℃/5kg）＝1.5g/10min，ρ＝0.944g/cm³。

聚丙烯PP：MFR（230℃/2.16kg）＝3.2g/10min，ρ＝0.894g/cm³。

a：HDPE（Cr），酚类抗氧剂AO－4；b：HDPE（Ti），酚类抗氧剂AO－4；c：PP，酚类抗氧剂AO－4。

试验装置：差热分析仪。

试验条件：温度200℃，氧气流量50mL/min。

测试结果：见图3－3－7。

评价：随抗氧剂用量的增加，其氧化诱导期增长，即热稳定性能提高。在其他条件均确定时，氧化诱导期与试样中抗氧剂含量呈线性关系。

图3－3－7 不同聚烯烃的氧化诱导期与抗氧剂用量的关系^［65］