氧化诱导期试验条件探索

摘要：本文主要是对光缆及电缆的护套聚烯烃类材料的氧化诱导期试验条件的探索，发现选择在材料试验保温温度附近将样品放入试验和从室温放入开始加热到试验温度进行保温试验的测试结果基本相近。那以后做试验可以直接选择在高温下直接将样品放入测试腔，这样不仅可以节省电能资源，降低试验成本，还可以提高工作效率。
关键词：氧化诱导期；DSC；降低成本；效率
 
一、引言
        聚烯烃材料通常用作电缆及光缆的护套和绝缘，聚烯烃材料护套和绝缘的热氧化稳定性能可以用来判断电缆及光缆的使用寿命。氧化诱导期（OIT）是稳定化材料耐氧化分解的一种相对量度，是对材料稳定化水平的一种评价。通过将加有抗氧化稳定剂的试样置于特定温度的氧气流下，测量从通氧与氧化反应之间的时间间隔，来确定材料的OIT。一般可用差示扫描量热仪（DSC）来简单快速地测量。
 
二、氧化诱导期的测试方法
        1、测试仪器和试样制备
        采用DSC进行OIT测试，差示扫描量热仪应保证测试温度的精度达到±0.1℃，其采用铟和锡作为测试温度的校准物质。由于铜会催化氧化材料，造成测试数据的误差，因而聚烯烃的样品皿应采用铝制的。气体转化开关位置和差示扫描量热仪样品池间的距离要小，确保流通气体充到样品皿的时间小于1min，调节器将气体流速控制为50mL/min。
        OIT测试时制备的试样有三种：一种是电缆和光缆的绝缘或护套，可用于测量材料内在的氧化稳定性；另一种是带铜导体的绝缘，不仅可用于测量材料氧化稳定性，而且还可测量添加剂的惰化效应。试样的质量为（5±0.1）mg，应用干净的棉布或纸巾擦净。由于材料中的抗氧化稳定剂较易溶解于有机溶剂，因此不可用有机溶剂擦拭试样，否则残留在试样上的有机溶剂可能会改变材料的OIT。第三种就是直接测试聚烯烃原材料粒子。
        2、测试步骤
        采用DSC进行OIT测试的步骤如下：首先将差示扫描量热仪调整到待测状态；试样制备后，将放有试样的铝杯和一个空铝杯分别放入差示扫描量热仪的两个样品支架上。在升温前，试样应在氮气气氛下预先吹洗5min，氮气流速为（50±5）mL/min；然后在氮气流气氛下试样以20℃/min的速率从室温升到测试温度（通常为200℃），并恒定在该温度，温度波动范围应在±1℃以内，平衡时间约5min，此后将氮气更换成流速为（50±5）mL/min的高纯干燥的氧气，并把氮气转换为氧气的切换点作为测试记录的起始点。待DSC曲线达极大放热速率（即DSC曲线的拐点）后至少再持续2 min（即直到呈现明显放热效应），记录上述过程完整的DSC曲线，气体转化点到拐点的这段时间即为测试材料的氧化诱导期，测试完成后，保存数据，整理测试记录。
        3、氧化诱导期测试探索试验
        由于委托测试的业务批次量比较大，目前实验室测试仪器就只有一台DSC，加上每个样品做4次测试取其平均值作为测试结果，第一次做完测试需要从高温（200℃或190℃）冷却到室温，放入样品重新升温开始第二次加热测试，在这个过程中冷却设备花费了时间，降低了测试效率。

表1  不同起始温度下OIT测试结果

序号	起始温度（℃）	试验温度（℃）	OIT值（min)
1	17	200	35.6
2	25	200	38.3
3	65	200	34.1
4	100	200	35.3
5	160	200	36.7
6	180	200	36.5

图1  不同起始温度条件开始的OIT测试结果

        为了提高测试的效率，对氧化诱导期测试进行了探索试验，测试样品名称为4#MDPE，进行氧化诱导期试验。从不同的温度下开始加热通氮气，加热到200℃下保温5分钟，转换成通氧气测试材料的氧化诱导期。以前做试验，就是根据标准上的要求，每次试验都从室温25℃左右开始加热。现在为了探索前期的加热开始温度是否对材料氧化诱导期的测试有影响，分别设计试验，在不同的温度下开始加热至试验温度测试结果（起始温度分别为17℃，25℃，65℃，100℃，160℃，180℃），分别见表1和图1至7。根据表1中的测试结果来分析，所得到的数值比较稳定，6次的测试结果平均值为36.1min，标准偏差为1.4min。

图2  起始温度17℃开始测试结果图

图3  起始温度25℃开始测试结果图

图4  起始温度65℃开始测试结果图

图5  起始温度100℃开始测试结果图

图6  起始温度160℃开始测试结果图

图7  起始温度180℃开始测试结果图

三、结论
        根据试验的测试结果，不难发现在不同的起始温度下进行加热至试验温度进行试验，对材料的OIT测试结果影响几乎可以忽略，测试值比较稳定，都可以作为正确的测试结果。现在按标准规定每批料一般做4次测试结果，取其平均值作为最后的测试结果。以后进行OIT试验时，当第一次试验结束时，不必按照原来的方法让测试腔冷却到室温再放入样品重新加热试验，现在可以选择在试验温度附件将样品放入进行加热试验，这样一来不仅可以节省电能资源，降低生产成本，还可以提高工作效率。