阅读说明：本技术 一种高分子材料寿命评估方法 (A kind of high molecular material lifetime estimation method ) 是由 卢申林 周莉 丁永强 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种高分子材料寿命评估方法,包括基于应用该高分子材料的产品的现场工作主要失效模式,分析产品的失效机理并确定产品的关键应力类型和关键特征参数,并参考产品的设计来设置关键特征参数的阈值；取多个该高分子材料的标准样品并进行分组；将分组的每组标准样品针对关键应力类型开展试验,在试验过程之前、之中和之后,测量并记录关键特征参数；将测得的每组标准样品的关键特征参数数据分别进行退化分析,再综合每组数据的退化分析结果创建每种关键应力类型的寿命加速模型；结合产品的实际使用环境,应用所创建的寿命加速模型计算该高分子材料的现场使用寿命。本发明的寿命评估方法为应用该高分子材料的产品的选型和寿命评估提供可能。(The present invention provides a kind of high molecular material lifetime estimation method, including the work on the spot dominant failure mode based on the product using the high molecular material, it analyzes the failure mechanism of product and determines the critical stress type and key characterization parameter of product, and the threshold value of key characterization parameter is arranged in the design of reference product；It takes the standard sample of multiple high molecular materials and is grouped；Every group of standard sample of grouping is carried out into test for critical stress type, before test process, in and later, measures and records key characterization parameter；The key characterization parameter data of the every group of standard sample measured are subjected to degradation analysis respectively, then integrates the degradation analysis result of every group of data and creates the service life acceleration model of every kind of critical stress type；The practical service environment of combination product calculates the live service life of the high molecular material using the service life acceleration model created.Lifetime estimation method of the invention is provides possibility using the type selecting and life appraisal of the product of the high molecular material.)

一种高分子材料寿命评估方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种高分子材料寿命评估方法。

背景技术

高分子材料的应用范围非常广泛，随着技术的发展其应用范围还在持续扩大。采用高分子材料制造的产品在使用过程中会经历各种环境应力条件，例如拉力、压力、交变力、振动、冲击、温度、湿度、光照、臭氧、腐蚀性气体、水、化学品、微生物(例如霉菌)等，影响产品的寿命。用户往往希望产品尤其是非快消产品寿命长，经久耐用。产品制造商为了满足用户的这种要求，对高分子材料的寿命评估的需求越来越大。但是，目前尚没有很好的方法来指导开展高分子材料寿命评估，尤其是还没有统一的加速老化模型可供应用于高分子材料寿命评估。因此，本领域需要开发一种新的高分子材料寿命评估方法，以适应严格的产品要求，实现产品选型和实际应用中的寿命评估，确保所开发的产品满足客户的寿命要求，避免欠设计和过早的现场失效，提高产品质量。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高分子材料寿命评估方法，以实现对高分子材料的寿命评估，为高分子材料在具体产品制造中的应用提供参考。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种高分子材料寿命评估方法，包括以下步骤：

步骤一，基于应用该高分子材料的产品的现场工作主要失效模式，分析产品的失效机理并确定产品的关键应力类型和关键特征参数，并参考产品的设计来设置关键特征参数的阈值；

步骤二，取多个该高分子材料的标准样品并进行分组；

步骤三，将步骤二分组的每组标准样品针对关键应力类型开展试验，在试验过程之前、之中和之后，测量并记录关键特征参数；

步骤四，将步骤三测得的每组标准样品的关键特征参数数据分别进行退化分析，再综合每组数据的退化分析结果创建每种关键应力类型的寿命加速模型；

步骤五，结合产品的实际使用环境，应用步骤四所创建的寿命加速模型计算该高分子材料的现场使用寿命。

进一步地，步骤一中的关键应力类型包括但不限于恒定拉力、恒定压力、交变应力、振动、冲击、温度、湿度、光照、臭氧、腐蚀性气体、水、化学品、微生物。

进一步地，步骤一中的关键特征参数包括但不限于拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击强度、撕裂强度、断裂强度、剪切强度、硬度、色差、绝缘电阻、耐电压。

进一步地，步骤二中分组的每组标准样品的数量根据关键特征参数是否可以无损测量而不同。对于可以无损测量的关键特征参数，每组标准样品的数量至少为5个，而对于不可以无损测量的关键特征参数，每组标准样品的数量至少为25个。每个关键特征参数至少准备3组标准样品开展不同应力水平的试验。

进一步地，步骤三中在试验过程之前测量关键特征参数1次，在试验过程之中测量关键特征参数至少4次，在试验过程之后测量关键特征参数1次。

进一步地，步骤四中的寿命加速模型基于特定环境应力的不同应力水平下的退化分析结果进行拟合，从而获得不同应力水平的加速关系模型。

进一步地，步骤五中的产品的实际使用环境需要综合考虑所评估现在工作时间范围内的应力典型值、平均值或者加权平均值；计算该高分子材料的现场使用寿命是基于产品的实际使用环境、拟合的寿命加速模型和特定应力的试验数据和关键特征参数的阈值来计算退化到规定阈值的时间，此时间即为高分子材料的现场使用寿命。

本发明的高分子材料寿命评估方法，通过开展多组高分子材料标准样品的环境应力试验，测量试验过程之前、之中和之后高分子材料的关键特征参数，对试验数据进行拟合分析获得高分子材料环境应力加速模型，进一步基于加速模型来开展高分子材料的现场使用寿命评估，为应用该高分子材料的产品的选型和寿命评估提供可能。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施方式和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式和实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

高分子材料是产品制造中常用的原材料之一。本文所用的术语“高分子材料”是指包含高分子量有机化合物的材料，其实例包括但不限于纤维、树脂、橡胶、胶水等、塑料、胶黏剂、涂料。采用高分子材料制造的产品在使用过程中会经历各种环境应力条件，例如拉力、压力、交变力、振动、冲击、温度、湿度、光照、臭氧、腐蚀性气体、水、化学品、微生物(例如霉菌)等，影响产品的寿命。针对这个技术问题，本发明的目的在于提供一种高分子材料寿命评估方法，以实现对高分子材料的寿命评估，为高分子材料在具体产品制造中的应用提供参考。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于应用该高分子材料的产品的现场工作主要失效模式，分析产品的失效机理并确定产品的关键应力类型和关键特征参数，并参考产品的设计来设置关键特征参数的阈值。关键应力类型包括但不限于恒定拉力、恒定压力、交变应力、振动、冲击、温度、湿度、光照、臭氧、腐蚀性气体、水、化学品、微生物(例如霉菌)。关键特征参数包括但不限于拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击强度、撕裂强度、断裂强度、剪切强度、硬度、色差、绝缘电阻、耐电压。

取多个该高分子材料的标准样品并进行分组。分组的每组标准样品的数量根据关键特征参数是否可以无损测量而不同。对于可以无损测量的关键特征参数，每组标准样品的数量至少为5个，而对于不可以无损测量(即需要破坏性测量)的关键特征参数，每组标准样品的数量至少为25个。每个关键特征参数至少准备3组标准样品开展不同应力水平的试验。

将分组的每组标准样品针对关键应力类型开展试验，在试验过程之前、之中和之后，测量并记录关键特征参数。具体地，在试验过程之前测量关键特征参数1次，在试验过程之中测量关键特征参数至少4次，在试验过程之后测量关键特征参数1次，一共测量至少6次关键特征参数数据并记录。

将测得的每组标准样品的关键特征参数数据分别进行退化分析，再综合每组数据的退化分析结果创建每种关键应力类型的寿命加速模型。寿命加速模型基于特定环境应力的不同应力水平下的退化分析结果进行拟合，从而获得不同应力水平的加速关系模型。所使用的退化分析的算法可以采用数据处理领域中常用的退化分析算法，例如线性、对数、倒数、对数线性、线性对数、二次方程、三次方程、幂、指数或逻辑等。所使用的拟合算法可以采用数据处理领域中常用的拟合算法，例如极大似然估计、自回归或最小二乘法等；加速关系模型是常用模型的组合，例如线性、指数、幂及对数中的一个或多个的组合。

结合产品的实际使用环境，应用所创建的寿命加速模型计算该高分子材料的现场使用寿命。产品的实际使用环境需要综合考虑所评估工作时间范围内的应力典型值、平均值或者加权平均值；计算该高分子材料的现场使用寿命是基于产品的实际使用环境、拟合的寿命加速模型和特定应力的试验数据和关键特征参数的阈值来计算退化到规定阈值的时间，此时间即为高分子材料的现场使用寿命。

实施例

某医疗器械的外壳采用塑料材料，此外壳只起到装饰作用。由于医院定期的紫外灯消毒对塑料外壳具有加速老化的作用，长时间使用会导致塑料外壳变色和开裂。由于变色会早于开裂发生，因此确定塑料外壳的主要失效模式为变色，失效机理为紫外线照射，关键应力类型为紫外光照，关键特征参数为色差值，并设置色差值的阈值为2.0ΔE。色差数据可以通过无损测量测得。取多个该塑料材料的标准样品并进行分组，每组样品至少为5个样品，至少准备3组样品开展不同应力水平的试验。在试验过程之前测量色差值1次，在试验过程之中测量色差值至少4次，在试验过程之后测量色差值1次，一共测量至少6次色差值数据并记录。将测得的每组标准样品的色差值数据分别用线性方程进行退化分析，再综合每组数据的退化分析结果创建紫外光照的寿命加速模型。寿命加速模型基于紫外光照应力的不同应力水平下的退化分析结果用最小二乘法进行拟合，从而获得不同应力水平的加速关系模型。考虑该医疗器械产品的实际使用环境的紫外光照平均值辐照量，基于该医疗器械产品的实际使用环境、拟合的寿命加速模型和紫外光照应力的试验数据和色差值的阈值来计算退化到规定阈值的时间，此时间即为该塑料材料的现场使用寿命。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。