老化测试：科学评估材料与产品长期性能退化的关键手段

在自然环境中，所有材料和产品都会随着时间推移发生性能退化——塑料变脆、金属生锈、涂层粉化、电子元件参数漂移……这种由环境因素驱动的不可逆性能衰减过程，统称为“老化”。老化不仅影响产品外观与功能，更可能引发安全隐患或提前报废，造成资源浪费与经济损失。

为在产品上市前预判其服役寿命、验证耐久性并优化设计，老化测试（Aging Test）应运而生。通过在实验室中模拟或加速自然老化过程，系统评估材料与产品在热、光、湿、氧、化学介质等环境应力作用下的稳定性，已成为现代制造业保障质量与可靠性的核心技术环节。

一、老化测试的基本原理

老化本质上是材料在环境应力作用下发生的物理、化学或生物变化。常见老化机制包括：

• 热氧化：高温加速聚合物链断裂或交联；
• 光降解：紫外线（UV）破坏高分子化学键，引发黄变、脆化；
• 水解反应：湿气导致酯键、酰胺键断裂（如PET、尼龙）；
• 电化学腐蚀：湿热+离子环境诱发金属腐蚀；
• 臭氧开裂：不饱和橡胶在臭氧作用下产生表面裂纹。

老化测试的核心逻辑是：在可控条件下重现或加速这些过程，以较短时间获得长期使用性能的预测依据。

二、老化测试的主要类型

根据应力来源与应用场景，老化测试可分为以下几大类：

1.热老化测试（Thermal Aging）

将样品置于恒定或循环高温环境中（如70°C、105°C、150°C），评估材料热稳定性。

• 标准：GB/T 3512（硫化橡胶）、IEC 60216（绝缘材料耐热指数）；
• 应用：电线电缆、电机绝缘、汽车引擎舱部件。

2.湿热老化测试（Damp Heat Aging）

在高温高湿条件下（如85°C/85% RH）暴露，考察水汽渗透与界面稳定性。

• 典型场景：光伏组件背板、电子封装、涂层附着力验证；
• 关联测试：常与电偏压结合（THB/HAST）评估电化学迁移。

3.紫外老化测试（UV Weathering）

使用紫外荧光灯（UVA-340模拟日光UV）照射样品，模拟户外阳光老化。

• 标准：ASTM G154（QUV）、ISO 4892-3；
• 循环模式：UV照射 + 冷凝/喷淋，模拟昼夜交替。

4.气候老化测试（Xenon Arc Weathering）

采用氙灯全光谱光源，更真实复现太阳光、雨水、露水综合作用。

• 优势：可调节辐照度、温湿度、降雨周期；
• 应用：汽车外饰、建筑涂料、纺织品色牢度。

5.臭氧老化测试（Ozone Aging）

针对含双键的弹性体（如天然橡胶、SBR），在特定臭氧浓度下观察表面龟裂。

• 标准：GB/T 7759.1、ISO 1431-1。

6.化学介质老化

将材料浸泡于酸、碱、油、溶剂等介质中，评估耐化学性。

三、加速老化与寿命预测

为缩短测试周期，常采用加速老化策略，但需遵循两大原则：

1. 不改变失效机理
2. 应力水平在材料响应线性范围内

常用加速模型包括：

• 阿伦尼乌斯方程：用于热老化，通过多温度点测试外推常温寿命；
• 时间-温度叠加原理（TTS）：构建主曲线预测长期蠕变或力学性能；
• 剂量等效法：在UV测试中以累计辐照能量（kJ/m²）作为等效基准。

四、关键评估指标

老化测试不仅关注“是否失效”，更重视性能衰减趋势，常用指标包括：

• 力学性能：拉伸强度、断裂伸长率、冲击韧性保留率；
• 外观变化：色差（ΔE）、光泽度、粉化/起泡等级；
• 电性能：体积电阻率、介电强度、漏电流；
• 微观结构：FTIR分析氧化产物、DSC检测Tg偏移、SEM观察表面形貌。

五、行业应用实例

结语

老化测试是连接材料本征性能与产品实际寿命的桥梁。它不仅是实验室中的例行检验，更是驱动材料创新、结构优化与可持续设计的重要工具。在“双碳”目标与高质量发展背景下，科学、精准、高效的老化评估体系，将为打造长寿命、低维护、高可靠的产品提供坚实支撑，助力中国制造向“中国质造”跃升。