材料抗老化的案例
塑料材料常用的幾種抗老化方法及對比分析
但這種方法只能保證材料在出廠時的性能，而且這種方法只能從材料的制備源頭實施，無法解決其在再加工和使用過程中的老化問題。
3、高分子材料的結構設計或改性
很多高分子材料分子結構中存在極易老化的基團，那么通過材料的分子結構設計，以不易老化的基團替代易老化的基團，往往可以起到良好的效果。
4、添加抗老化助劑
目前，提高高分子材料耐老化性的有效途徑和常用方法就是添加抗老化助劑，其由于成本較低、且無需改變現有生產工藝而得到廣泛應用。這些抗老化助劑的添加方式主要有兩種：
（1）助劑直接添加法
即將抗老化助劑（粉末或液體）與樹脂等原料直接混合攪拌后擠出造粒或注塑等等。這種添加方式由于簡單易行，從而為廣大的抽粒和注塑廠所廣泛采用。
（2）抗老化母粒添加法
在對產品品質和質量穩定性要求較高的廠家，更多的是采用在生產時添加抗老化母粒的方式。
其應用優勢在于抗老化助劑在母粒制備過程中首先實現了預分散，那么在后期材料加工的過程中，抗老化助劑得到二次分散，達到了助劑在高分子材料基體中均勻分散的目的，不僅保證了產品的質量穩定性，也避免了生產時的粉塵污染，使得生產更為綠色環保。
展開 汽車座椅的耐久性測試需要用到哪些設備?
為全面驗證座椅在長期使用、復雜工況下的結構穩定性、功能可靠性及材料抗老化能力，需借助專業的測試設備，按嚴格標準開展全場景耐久性測試。
一、核心測試設備分類及功能
汽車座椅耐久性測試覆蓋四大核心維度，對應五大類設備，形成完整測試體系，確保結果精準合規。
（一）綜合耐久測試臺架：座椅整體耐久性的核心檢測設備
針對座椅總成及核心結構，模擬真實使用場景開展循環疲勞測試，是測試核心主力。
多通道伺服液壓/電動耐久試驗機：對坐墊、靠背等施加循環載荷，模擬百萬次駕乘疲勞，檢測結構隱患，記錄數據評估疲勞壽命，適配多種座椅。
座椅總成綜合耐久試驗臺：集成多部件同步測試，支持多工位并行，模擬坐姿及調節動作，考核總成整體及部件協同可靠性。
顛簸蠕動耐久試驗臺：模擬路面顛簸與車身蠕動，檢測座椅動態疲勞及異響，貼合真實行車場景。
（二）專項功能耐久試驗機：座椅細分功能的可靠性測試設備
針對座椅各類調節功能，開展專項循環測試，驗證功能穩定性與使用壽命。
滑軌/調角器耐久試驗機：對滑軌滑動、調角器傾仰做百萬次循環測試，驗證結構強度與調節可靠性。
頭枕耐久試驗機：測試頭枕調節循環壽命，模擬追尾沖擊，驗證結構可靠性及頸部保護能力。
扶手耐久試驗機：對扶手升降、旋轉、承重做循環測試，考核結構強度與連接可靠性。
電動座椅功能耐久測試系統：支持總線控制，對電動座椅各類功能做百萬次循環測試，適配主流車型。
模擬人體進出耐久機器人：模擬上下車動作，測試座椅表面磨損及邊緣結構疲勞強度。
（三）環境與老化測試設備：座椅材料與結構的抗老化能力測試設備
模擬極端環境與加速老化，測試座椅抗老化能力，保障全生命周期品質穩定。
展開 高分子材料常見的幾種老化試驗
材料老化主要表現在變色、失光、強度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。盡管大家都認同產品的耐候性和耐光性很重要，但對于在實驗室，是采用紫外老化測試還是氙燈老化測試？卻往往毫無頭緒。
光照(特別是紫外線)
對于經久耐用的材料，如大多數涂料、塑料，短波紫外線是引起大部分聚合物老化的原因。然而，對于不是那么經久耐用的材料，長波紫外線甚至可見光也會對其造成嚴重的危害。
高溫
當溫度升高時，光的破壞作用也將隨之增大，盡管溫度不影響主要的光致化學反應，但卻影響后繼的化學反應。實驗室老化測試必須提供精確的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化。
潮濕
露水造成的危害比雨水更大，因為它附著在材料上的時間更長，形成更為嚴重的潮濕吸收。然而也不能忽視的是溫度驟降造成的熱沖擊。比如當一輛汽車在一個炎熱夏日溫度升高卻突然因陣雨而急劇散熱，這種情況下雨水會產生應力侵蝕。
這三個因素中的任一個都會引起材料老化，而且它們往往同時發生，所造成的危害都大于任一因素單獨作用所造成的。因此在實驗室，有些材料在光照或者潮濕條件的單獨作用下的耐久性好，但在兩者的協同作用下，往往會失效。
人工加速老化測試
1.熱老化性能試驗
在常壓和規定溫度的熱空氣作用下，使材料經過一定時間后測定其某項或某幾項性能指標。根據相同或不同溫度條件下各周期性能指標變化的情況，判斷材料的熱穩定性，推算貯存期和使用期。
▎測試儀器：
重力對流式（自然通風）熱老化試驗箱
強制通風式熱老化試驗箱
▎適用產品范圍：電氣絕緣材料的耐熱性試驗,電子零配件,塑化產品及橡膠制品。
展開 材料老化測試中遇到的問題及解決方法
塑料、橡膠、涂料等高分子材料在使用過程中會遇到老化的問題。為評價高分子材料的耐老化性能，逐漸形成了兩類老化試驗方法：
一類是自然老化試驗方法，即直接利用自然環境進行的老化試驗；另一類是人工加速老化試驗方法，即在實驗室利用老化箱模擬自然環境條件的某些老化因素進行的老化試驗。由于老化因素的多樣 性及老化機理的復雜性，自然老化無疑是最重要最可靠的老化試驗方法。
但是由于自然老化周期相對較長， 不同年份、季節、地區氣候條件的差異性導致了試驗結果的不可比性；而人工加速老化試驗模擬強化了自然氣候中的某些重要因素，如陽光、溫度、濕度、降雨等，縮短了老化試驗的周期，且由于試驗條件的可控性，試 驗結果再現性強。人工老化作為自然老化的重要補充，正廣泛運用于高分子材料的研究、開發、檢測中。在人工加速老化的試驗過程中，人們普遍會關心以下幾個問題：應該選擇什么樣的試驗條件，進行多長時間 的試驗；該選擇什么指標來評價該產品的老化性能。本文試圖針對這些問題對人工加速老化試驗進行一些探討。
1 人工加速老化試驗條件的選擇
這個問題實際上可以理解為應該模擬哪些老化因素，高分子材料在使用過程中，氣候環境里許多因素都有可 能對高分子材料的老化產生作用。如果事先知道產生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗方法。我們 可以從該材料的運輸、儲存、使用環境以及其老化機理等方面考慮，確定試驗方法。例如硬聚氯乙烯型材，使 用聚氯乙烯為原料，添加穩定劑、顏料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的老化機理考慮，聚氯乙 烯受熱易分解；從使用環境考慮；空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。
展開 
技術研究 | 烘箱狀態對聚丙烯材料熱氧老化性能的影響研究
1.2.2烘箱不同區域溫度的差異及對樣品性能的影響
將烘箱分為上中下三層，每一層劃分四個區域，采用溫度采集器對12個區域樣品表面的溫度進行實時檢測，在150℃下老化500h后對PP樣品的拉伸性能進行測試。熱電偶線對12個區域進行溫度監測，示意圖如圖1所示；
圖1烘箱不同位置的溫度監測示意圖
12個區域樣品表面的溫度值如表5所示；
結果顯示：采用溫度采集器對烘箱的12個區域樣品表面的溫度進行實時檢測，結果表明：通過熱電偶探溫發現，12個區域的溫度存在一定的差別，最高溫度為第三層第1區域，最低溫度出現在第三層第4區域，最高溫最低溫差值為1.7℃；
對于放置在12個區域的PP樣品老化500h后測試拉伸性能，結果如表6所示；
根據上表中的數據可知：拉伸性能并非與老化溫度呈現對稱的變化規律，最大值出現在第一層第1區域及第二層第2區域 ，最小值出現在第二層第3區域，是否與區域內的含氧量有關，這一問題仍需進一步實驗進行考證；
1.2.3隔熱材料對熱氧老化性能的影響
采用鋪墊隔熱材料和不鋪墊任何材料對PP樣品老化500h后的力學性能進行了測試，鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料的圖片如2所示；
圖2 鋪墊隔熱材料和不鋪墊隔熱材料
不鋪墊材料樣品拉伸性能測試結果如表7所示；
不鋪墊材料樣品拉伸性能測試結果如表8所示；
根據以上結果可知：鋪墊隔熱材料老化500h后的樣品性能要比不鋪任何材料樣品老化后的性能稍好；這主要是由于鋪墊隔熱材料后，樣品在老化過程中底部受熱要比沒有鋪墊材料差一些，導致樣品老化的速率變慢，性能保持的更好；不鋪隔熱材料的老化樣品性能稍差的原因可能與樣品直接接觸金屬，在高溫下金屬催化高分子材料降解有關。
展開 通過材料抗拉強度擬合S-N曲線
（1）通過抗拉強度Su 估算103次循環載荷的應力幅S1000
對于彎曲載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的90%；對于軸向拉伸載荷，S1000的值約等于抗拉強度Su的75%；對于扭轉載荷，主要承受剪切力，S1000的值約等于剪切強度Sus的90%。
不同的材料剪切強度差異很大，鋼材的剪切強度約為抗拉強度的80%，有色金屬的剪切強度約為抗拉強度的70%，鑄鐵的剪切強度約為抗拉強度的130%。
將以上數據總結列表顯示如下所示：
材料類型
載荷類型
S1000
所有材料
彎曲
0.9×Su
所有材料
軸向
0.75×Su
鋼
扭轉
0.9×Sus = 0.72×Su
有色金屬
扭轉
0.9×Sus = 0.63×Su
鑄鐵
扭轉
0.9×Sus = 1.17×Su
（2）通過抗拉強度Su 估算疲勞極限的應力幅Sbe
由于循環載荷的作用，微裂紋將在材料晶粒內成核，并增長到一個晶粒大小的量級，此時晶界勢壘會阻礙微裂紋的生長。如果晶界勢壘不夠強，微裂紋將擴展為宏觀裂紋，導致構件失效。如果晶界勢壘足夠強，微裂紋將被阻止并形成一個不可擴展的裂紋，使微裂紋不再繼續擴展的最小應力幅稱為材料的疲勞極限，此時材料理論上擁有無限循環壽命。
由于不能無限次的測試循環壽命，對于鋼材，將106次循環載荷的應力幅認為是疲勞極限，對于鋁合金，將5×108次循環載荷的應力幅作為疲勞極限，對于鑄鐵，將5×107次循環載荷的應力幅作為疲勞極限。
對于中、高強度鋼，疲勞極限Sbe會隨著抗拉強度Su的增加而線性增加，即：Sbe/ Su = 常數。
展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計
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《自然·材料》超級抗潤濕性納米涂層
表面的潤濕性質是材料實際應用的重要考量，也是表面科學的研究熱點。源于對自然界特殊潤濕現象的認識，比如荷葉的自清潔特性，科學界長期致力于合成材料特殊潤濕性質的研究。超疏水表面是一類對水這類高張力液體具有極端排斥性的表面，比如水滴在荷葉表面能夠自如滾動，但是這類表面對具有低表面張力的有機試劑卻表現出較差的排斥性。這種易被油污沾染的不足嚴重限制了超疏水表面的實際應用。
圖為超疏表面及其潤濕性表征
湖南大學化學化工學院蔣健暉、徐偉箭教授課題組和澳大利亞墨爾本大學Frank Caruso教授課題組合作開展了該領域的相關研究，并取得了新進展（我校為第一完成單位），開發了一種制備超級抗潤濕性納米涂層的通用方法。該納米涂層具有多級粗糙性凹角結構和抗粘附性表面化學，對100多種液體表現出超強的排斥性，比如濃硫酸能夠在涂層表面滾落且不腐蝕表面，因此表現出優異的化學防護特性。同時，該涂層還具有可調控的透明性、外力耐受性和智能響應性。該工作對抗潤濕性表面的設計與應用提供了重要的參考，以期能夠促進表面科學的發展。相關工作也于近期發表在材料領域頂尖期刊《Nature Materials》上（2018，DOI: 10.1038/s41563-018-0178-2），受到了Chemical & Engineering News的報道，得到了國際同行的認可。
圖為超疏表面的響應性表征
論文第一作者為博士潘帥軍和在讀博士郭瑞。其中，潘帥軍博士的研究領域是表面浸潤性，曾先后以第一作者在《Journal of the American Chemical Society》、《AIChE Journal》、《Nature Materials》等國際頂級期刊發表論文10篇。
展開 塊狀納米結構材料設計助力抗斷裂鋰金屬負極
塊狀納米結構材料(BNM)是一類具有精細納米結構的塊體材料。根據經驗Hall-Petch(H-P)方程，屈服應力與材料整體的強度和硬度相關，與晶粒尺寸的平方根成反比。因此，分離的晶粒使材料更堅固，疲勞耐久極限增強意味著在某些外部應力下斷裂的形成受到抑制。同時，BNM的離子傳輸特性同時顯著增加，因為質量傳遞沿晶界比在晶粒中更快地發生。研究表明，如果晶粒尺寸低于臨界尺寸，電極體積波動引起的應力可以自適應而不發生顆粒破裂。
【成果簡介】
近日，天津大學羅加嚴教授(通訊作者)等根據塊狀納米結構材料概念，通過冶金工藝設計了抗斷裂LMA，并在Adv. Mater.上發表了題為“Bulk Nanostructured Materials Design for Fracture-Resistant Lithium Metal Anodes”的研究論文。在塊狀納米結構Li(BNL)中，離子導電相存在于晶界處，促進了Li+傳輸。 BNL中精細的鋰晶粒尺寸和沉淀硬化提高了機械強度和耐疲勞性，減輕了不均勻分布的應力并防止電極粉碎。作者利用密度泛函理論研究鋰與各種氧化物之間的結合能，發現SiO2是篩選氧化物中最佳的添加劑。BNL具有91 %的鋰金屬理論容量。在具有BNL負極的全電池中，LiFePO4在10 C下具有90 mAh·g-1的容量，比具有鋰箔負極的全電池高出一個數量級。該策略有望為抗斷裂LMA在鋰金屬電池中的應用鋪平道路。
展開 焊縫材料抗疲勞斷裂的可靠性計算方法
摘 要:以焊縫材料疲勞斷裂前裂紋長度為輸出參數,根據金屬材料疲勞斷裂的過程理論,利用可靠性技術中的漂移設計原理,對焊縫材料在一定循環次數下的失效率或給定不失效率的循環次數的可靠性計算方法進行了探討。結合實例,對在給定循環次數和可靠度的條件下,對焊縫材料抗疲勞斷裂強度進行了可靠性設計。
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哈佛大學鎖志剛教授最新綜述：從分子到宏觀，如何“設計”材料的抗裂性？
2025年12月15日，材料斷裂力學領域迎來一篇重量級綜述。哈佛大學鎖志剛教授團隊在頂級期刊《Chemical Reviews》上發表了題為“Thermodynamic and Molecular Origins of Crack Resistance in Polymer Networks”的綜述論文，其作者為陳哲琪博士、鎖志剛教授。該論文系統性地為高分子材料的“抗裂性”研究構建了從熱力學框架到分子設計原理的清晰圖譜。
這篇論文不僅是一份學術總結，更是一份面向未來的抗撕裂、抗疲勞高分子材料“設計指南”。它明確指出，理解并提升橡膠、凝膠等聚合物網絡的抗裂能力，關鍵在于把握兩個核心物理量：能量釋放率（Energy release rate, G） 與 斷裂內聚長度（Fractocohesive length）。
驅動力與阻力：
能量釋放率（G）定義了“戰斗”的級別
01
PART
論文深刻闡釋了“能量釋放率G”作為裂紋擴展根本驅動力的角色。它就像作用在裂紋尖端的“廣義力”，決定了裂紋是否擴展、以及擴展的傾向有多強。材料抵抗裂紋擴展的能力，則對應一個臨界值——斷裂韌性Gc 。
研究進一步區分了三種典型的載荷場景：
單調加載：一次撕裂，對應材料的極限韌性Gc 。
循環加載：往復疲勞，對應更低的“疲勞門檻值Gth ”，決定了材料在長期動態載荷下的壽命。
靜態加載：長期持載，研究蠕變開裂行為。
能量釋放率的加載模式
這為工程實踐中不同的失效模式（突然斷裂、疲勞破壞、應力松弛開裂）提供了統一的分析框架。一個核心問題隨之而來：對于您正在研發或應用的具體材料，它的Gc 和Gth 究竟是多少？
展開 
基于abaqus的各向異性材料的抗拔力學性能分析
近在做有關木材的抗拔性能的分析，遇到了一系列的問題，比如各向異性材料參數填寫，材料方向分配，基于HILL屈服準則的材料參數等，經過一段時間的文獻調研，資料查詢，已經基本搞清楚，鑒于網上相關帖子比較少，所以特地寫一篇帖子，以供參考！
1. 3D模型建立。利用相關軟件（solidworks，creo或inventor），建立3D模型Part-1,Part-2，并導出STEP中性格式。
2. ABAQUS模型導入。打開ABAQUS，選擇Part界面，依次點擊File>import>part，選擇STEP格式（如下圖所示），點擊OK,導入至ABAQUS中。并建立Part-3模型，為解析剛體。
定義材料參數。接下來就是困擾已久的材料參數定義，因為以前沒有接觸過各向異性材料，所以摸索了幾天。首先來了解下正交各向異性的本構方程[1]，如下；
也可以寫成逆本構關系的形式：
（4.3）式中的相關材料參數組成的是柔度矩陣，（4.4）式中D為剛度矩陣，關于柔度矩陣與剛度矩陣的關系，可自行查閱資料。
回到ABAQUS中，第一步定義密度：點擊material manager>create>general>density
第二步定義彈性材料參數：點擊material manager>create>mechanical>elasticity>elastic。
此處type選擇engineering constant，依次填入彈性模量與泊松比。
展開 層合結構復合材料抗彈機理研究及模擬仿真
參考碩士論文《層合結構復合材料抗彈機理研究及模擬仿真》，
歡迎交流，郵箱：513484528@qq.com
一級汽車供應商轉向采用復合材料制造抗振動系統
除密封系統外，該公司還生產燃油和制動系統、流體輸送系統和抗振動系統。
在抗振動系統產品類別方面，Cooper Standard正在經歷從使用成熟的傳統金屬向使用復合材料的一個重大的材料轉變過程。
Cooper Standard公司的抗振動系統涉及通常由鑄鋁、沖壓鋼和橡膠成型的抗振動車身、支柱和發動機懸架。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/45083.html
“這些大而堅固的傳統部件，其制造歷史已有半個多世紀。”該公司副總裁兼抗振動系統業務全球總經理JoeEmmi表示，“我們公司的使命是創新并提供優質產品。感謝材料科學和設計的進步，使我們已開發的復合材料部件現在能夠通過我們所有的測試。”
Joe Emmi例舉了促使該公司轉向采用纖維增強塑料的3個因素：
－消費者對舒適性的要求越來越高，這意味著無論是轎車還是卡車，都要求振動更低。https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/45072.html
－為實現更佳的燃油經濟性并確保車輛能容納更多的設施，OEM對減重的要求非常迫切。
－如果能夠滿足性能標準要求，新的結構復合材料部件的設計正日益贏得OEM客戶的認可。
Joe Emmi解釋說，符合標準對于這些結構部件而言至關重要，比如，能夠將乘用車的車身附著在結構框架上的車身懸架就有兩種類型：一種是由傳統的鋼和橡膠制成的懸架，另一種是液壓阻尼懸架。
液壓懸架是在兩個內腔之間通過傳導流體來形成阻尼，并提高汽車的行駛響應性。這些懸架通常采用沖壓鋼或鑄鋁制成的外殼，但現在已被復合材料所取代。
“我們將原先在鋼外殼內部裝橡膠套的液壓懸架改成了采用玻璃纖維增強尼龍復合材料來制造。”
展開 都柏林大學張楠、蘇大周宇陽《Nano Letters》：多級復合納米結構納米材料高效抗新冠高分子薄膜
目前，張楠博士牽頭申請歐盟地平線計劃（Horizon Europe），聯合歐盟兩所大學，十余家納米材料及納米制造企業，致力于實現此項技術從實驗室級別到中試及量產，應用于抗新冠的食品包裝、醫療防護用品、冷鏈運輸運輸及公共場所個人防護。
圖1 抗新冠病毒微納米薄膜結構設計。
圖2 （a）表面接觸角，（b）光投性，（c）耐磨性，（d）表面微納米結構。
圖3 新冠病毒與多級微納米結構PE和PET薄膜接觸1h內濃度變化。其中，AAO模板P1和P2的頂直徑-底直徑-高度（納米）分別為125-040-250和450-100-1500；4號樣品噴涂層數為50，其余為20；12號樣品納米銀粒徑為40納米，其余為10納米。
圖4 抗新冠薄膜工業化生產示意圖，（1）膜前處理，（2）納米壓印，（3）超聲霧化噴涂。
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