老化(非破坏性的)检测

老化(非破坏性)检测概述

老化是指材料、部件或产品在环境应力（如热、光、氧、臭氧、湿度、机械应力等）作用下，其物理、化学、电学或机械性能随时间推移而发生不可逆的劣化现象。准确评估老化状态对于预测产品寿命、保障使用安全、进行预防性维护以及优化材料配方至关重要。非破坏性检测（Non-Destructive Testing, NDT）技术在此领域扮演着核心角色，它能在不损伤被检测对象完整性和功能性的前提下，对其老化程度进行定量或定性的评估与表征。非破坏性老化检测广泛应用于高分子材料（塑料、橡胶、涂料、粘合剂）、电子元器件、复合材料、金属防护层、电缆绝缘、航空航天部件、文物保存等众多领域。

主要检测项目

非破坏性老化检测关注的核心性能指标通常包括：

• 表面形态与结构变化： 裂纹、粉化、龟裂、起泡、变色、光泽度下降。
• 物理性能变化： 硬度、弹性模量、密度、尺寸稳定性（膨胀/收缩）、透光率/雾度（透明材料）。
• 化学结构变化： 分子链断裂、交联度变化、氧化产物生成（羰基指数等）、添加剂消耗。
• 电学性能变化： 绝缘电阻、介电常数、介质损耗因数、局部放电特性（电力设备）。
• 热性能变化： 玻璃化转变温度、熔融温度、热稳定性、热膨胀系数。
• 微观结构变化： 结晶度、相分离、微孔洞形成。

常用检测仪器

针对上述项目，非破坏性老化检测依赖于多种先进仪器：

• 傅里叶变换红外光谱仪： 检测材料化学基团变化（如羰基峰增长），评估氧化降解程度。
• 紫外-可见分光光度计： 测量材料透光率、吸光度及颜色变化（黄变指数），评估光老化。
• 激光共聚焦显微镜/光学显微镜： 高分辨率观察表面微观形貌（裂纹、缺陷）及测量粗糙度。
• 超声波检测仪： 利用超声波在材料中传播的速度、衰减或反射信号评估内部缺陷、分层或均匀性变化。
• 介电谱分析仪： 测量材料在宽频范围内的介电性能（介电常数、损耗因子），灵敏反映分子极化、离子迁移等微观变化。
• 热成像仪（红外热像仪）： 通过检测材料表面的温度分布异常（热点），定位潜在缺陷或老化区域（常用于电气设备）。
• 动态热机械分析仪： 在非破坏性小应变下测量材料的动态模量、阻尼因子随温度/频率的变化，评估玻璃化转变、分子链运动性变化。
• 巴克豪森噪声分析仪： 用于铁磁性材料，通过检测磁畴壁运动产生的噪声信号评估微观应力状态和材料退化。
• 声发射检测仪： 监听材料在受力（即使很小）时内部缺陷扩展或微观断裂释放的应力波，评估活性损伤。

主要检测方法

非破坏性老化检测方法基于不同物理原理：

• 光谱分析法： FTIR、UV-Vis、拉曼光谱等，通过特征吸收峰或散射峰的变化分析化学结构和官能团演变。
• 显微成像法： 光学显微镜、激光共聚焦显微镜、扫描声学显微镜等，直接可视化表面和近表面老化特征。
• 声学/超声检测法： 利用声波（超声波、声发射）在材料中的传播特性（速度、衰减、反射、模式转换）或材料自身发出的声信号评估内部结构完整性和缺陷。
• 电学检测法： 介电谱、电阻/电导率测量、局部放电检测等，评估绝缘性能劣化、导电通道形成等。
• 热分析法： 差示扫描量热法、动态热机械分析等（在非破坏性范围内操作），评估热转变行为和力学松弛过程的变化。
• 涡流检测法： 主要用于导电材料（尤其是金属基体上的涂层/绝缘层），通过感应涡流的变化检测表面/近表面裂纹、腐蚀及涂层退化。
• 磁学检测法： 磁粉检测（对表面裂纹敏感）、巴克豪森噪声分析等，用于铁磁性材料的应力集中和微观损伤评估。
• 光学相干断层扫描： 利用低相干光干涉原理，非接触、高分辨率地获取材料内部横截面结构图像，适用于透明/半透明材料（如涂层、生物组织、聚合物）。

相关检测标准

非破坏性老化检测的实施需遵循国内外相关标准，确保方法的可靠性和结果的可比性。部分常用标准包括：

• ISO 标准：
  • ISO 4628 系列：色漆和清漆 - 涂层老化的评定（缺陷数量和大小、强度等级）。
  • ISO 11346：橡胶，硫化或热塑性 - 使用阿累尼乌斯图估算使用寿命和最高使用温度。
  • ISO 527-1：塑料 - 拉伸性能的测定（非破坏性方法如模量测量）。
  • ISO 6721 系列：塑料 - 动态力学性能的测定。
  • ISO 10878：无损检测 - 红外热成像术语。
• ASTM 标准：
  • ASTM D2244：仪器法测定物体颜色的计算。
  • ASTM E1131：用热重分析法进行成分分析。
  • ASTM E2581：用超声波接触阻抗法测定金属材料硬度的标准实施规程。
  • ASTM E2412：利用红外热成像法检测建筑物围护结构湿气损害的标准指南。
  • ASTM D7869：用傅里叶变换红外光谱法（快速扫描法）测定在用发动机油中烟炱的标准试验方法（间接反映老化产物）。
  • ASTM D7427：用介电常数法测定在用石油基和酯类燃气轮机润滑油状态的标准试验方法。
• IEEE 标准： 如 IEEE Std 400™：电力电缆系统局部放电检测指南。
• IEC 标准： 如 IEC 60270：高电压试验技术 - 局部放电测量。
• 国标 (GB)： 如 GB/T 15519 塑料自然气候暴露试验方法、GB/T 14522 机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法、GB/T 11344 无损检测接触式超声脉冲回波法测厚方法等。

选择合适的非破坏性检测方法、仪器和标准，需要综合考虑被检测对象的材料类型、结构复杂度、预期老化机理、可接触性、所需检测精度与深度以及成本效益等因素。随着技术的进步，多技术联用（如热成像+超声波）和智能化（AI辅助图像识别、大数据分析）正成为该领域的发展趋势。