老化試驗如何確定試驗條件

 金屬鹵素老化試驗箱技術(shù)規(guī)格：   可根據(jù)用戶需求定制內(nèi)箱尺寸及整車光照試驗

一、人工加速老化試驗條件的選擇
 
這個問題實(shí)際上可以理解為應(yīng)該模擬哪些老化因素，高分子材料在使用過程中，氣候環(huán)境里許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chǎn)生作用。如果事先知道產(chǎn)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(yùn)輸、儲存、使用環(huán)境以及其老化機(jī)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(wěn)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(jī)理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環(huán)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。
 
因此，國標(biāo)GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規(guī)定了光氧老化試驗方法，采用GB/T16422.2《塑料實(shí)驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》老化4000h或6000h，模擬了室外紫外光及可見光、溫度、濕度、降雨等因素，同時又規(guī)定了熱氧老化項目：加熱后狀態(tài)，150℃放置30min，目測觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂紋、麻點(diǎn)或分離現(xiàn)象，以考察型材的耐熱性能。又如我國在國際市場上有競爭力的一個產(chǎn)品：外貿(mào)出口鞋。在使用過程中，陽光中的紫外線是引起鞋子變色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外燈箱對其進(jìn)行耐黃變測試。
 
常用的鞋類耐黃變試驗箱采用30W UV燈，樣品離光源20cm，照射3h后觀察顏色變化。同時，在運(yùn)輸過程中，集裝箱內(nèi)悶熱、潮濕的惡劣環(huán)境會引起鞋面、鞋底、膠水的變色、斑點(diǎn)，甚至是變質(zhì)。因此，在裝船運(yùn)輸之前，有必要考慮進(jìn)行耐濕熱老化試驗，模擬集裝箱內(nèi)高熱、高濕環(huán)境，在70℃、95％相對濕度的條件下，進(jìn)行 48h 試驗后觀察外觀、顏色變化。
 
 
二、人工加速老化試驗光源的選擇
 
實(shí)驗室光源曝露試驗：可以在一個試驗箱中同時模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為常用的一種人工加速老化試驗方法，在這些模擬因素中，光源比較重要。經(jīng)驗表明，陽光中引起高分子材料破環(huán)的波長主要集中在紫外線及部分可見光。
 
目前使用的人工光源都力圖使在此波長區(qū)間內(nèi)的能譜分布曲線與太陽光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗室光源已有封閉式碳弧燈、陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。
 
01、氙弧燈
 
目前認(rèn)為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達(dá)地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm紅外區(qū)存在很強(qiáng)的輻射，會產(chǎn)生大量的熱。
 
因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價格也比較昂貴。由于氙燈紫外線部分能量較另兩種光源增加較少，在加速倍率方面是低的。
 
02、熒光紫外燈
 
從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達(dá)到快速試驗的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達(dá)到較高的加速倍率。
 
然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。
 
因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實(shí)現(xiàn)對特定材料的快速篩選。
 
03、陽光型碳弧燈
 
陽光型碳弧燈目前在我國應(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標(biāo)準(zhǔn)都采用陽光型碳弧燈。我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在370nm~390nm紫外線集中加強(qiáng)，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間。
 
 
三、人工加速老化試驗時間的確定方法
 
1、參照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
 
相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)對老化試驗的時間作出了規(guī)定，我們只需查找到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按里面規(guī)定的時間執(zhí)行就行了。許多國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都對此作出了規(guī)定。
 
2、根據(jù)已知的相關(guān)性推算
 
研究表明：通過顏色和變黃指數(shù)變化來評價ABS的顏色穩(wěn)定性，人工加速老化與自然大氣暴露有較好的相關(guān)性，加速倍率約為7。如果想了解某一 ABS材料戶外使用一年后的顏色變化，采用相同的試驗條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時間365x24/7=1251h。
 
長期以來，國內(nèi)外就相關(guān)性間題展開了大量的研究，得出了許許多多的換算關(guān)系式。然而，由于高分子材料的多樣性，加速老化試驗設(shè)備及方法的不同，不同時間、地區(qū)氣候的差異性導(dǎo)致了換算關(guān)系的復(fù)雜化。因此，在選擇換算關(guān)系時，一定要注意得出該相關(guān)性的具體材料、老化設(shè)備、試驗條件、性能評價指標(biāo)等因素。
 
3、控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)
 
對于某些既無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又無處參考相關(guān)性的產(chǎn)品，可以考慮其實(shí)際使用環(huán)境的輻射強(qiáng)度，控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)。
 
舉例：如何控制人工加速老化總輻射量
 
某一塑料制品使用于北京地區(qū)，期望控制人工加速老化總輻射量與戶外暴露一年相當(dāng)。
 
第①步：由于該產(chǎn)品為塑料制品，且使用于戶外，選擇采用 GB/T16422.2-1996《塑料實(shí)驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》中A法。
 
試驗條件為：輻照強(qiáng)度0.50W/m2（340nm），黑板溫度65℃，箱體溫度40℃，相對濕度50％，噴水時間／不噴水時間 18min/102min，連續(xù)光照；
 
第二步：北京地區(qū)一年輻射總量約為5609MJ/m2，依據(jù)對比人工光源與自然陽光輻射光譜分布的國際準(zhǔn)則CIENo85-1989（GB/T16422.1-1996《塑料實(shí)驗室光源曝露試驗方法第①部分：氙弧燈》中引用）；其中紫外區(qū)與可見區(qū)部分（300nm~800nm）占62.2%，即3489MJ/m2。
 
第三步：依據(jù)GB/T16422.2-1996
 
340nm輻照強(qiáng)度為0.50W/m2 時，紅外區(qū)與可見區(qū)部分（300nm～800nm）輻照強(qiáng)度為550W/m2；可計算出輻照時間為3489X106/550=6.344X106s，即1762h。依此計算方法，加速倍率約為5。由于自然老化并不是簡單的輻照強(qiáng)度的迭加，只有在確定陽光是引起材料。
 
 
四、人工加速老化試驗性能評價指標(biāo)的選擇
 
選擇性能評價指標(biāo)主要從材料的用途及材料本身特性兩方面來考慮。
 
1、根據(jù)材料用途確定評價指標(biāo)對于同樣的材料，由于其用途不同，可能選擇的評價指標(biāo)也不同。例如，同樣是涂料，如果是用于裝飾，就必須重點(diǎn)考慮其外觀的變化。在 GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評級》中，詳細(xì)規(guī)定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評級方法。
 
而對于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的顏色、外觀變化是可以接受的，這時，選擇評價指標(biāo)時，主要考慮其耐開裂性、粉化程度等方面。同樣是聚氯乙烯（PVC），如果用于制作鞋面，就必須考慮其耐黃變性，而如果是用于雨落水管，對于外觀變化要求就不高，而材料的物理機(jī)械性能變化，如拉伸強(qiáng)度變化是主要考核指標(biāo)。
 
2、根據(jù)材料本身特性確定評價指標(biāo)就同一材料來說，在老化過程中不同性能的下降是不等速的。換句話說，某些性能對環(huán)境敏感，下降得快，是引起材料破壞的主要因素。在選擇評價指標(biāo)時，應(yīng)該選擇這些敏感性能。研究表明：對于大部分工程塑料來說，沖擊強(qiáng)度是自然老化試驗檢測中變化較大、下降較明顯的。
 
因此，在進(jìn)行工程塑料的老化測試時，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇沖擊強(qiáng)度下降作為評價指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度對聚丙烯的老化同樣相當(dāng)敏感，是考核老化性能的主要指標(biāo)。對于聚乙烯材料來說，斷裂伸長率的下降較為明顯，是優(yōu)先考慮的評價指標(biāo)。對于聚氯乙烯，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都下降得比較快，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇其中一種來評價。
 
在國標(biāo)GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，選擇老化后沖擊強(qiáng)度保留率≥60％作為合格判定指標(biāo)；在輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB/T2480-2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC-U）雨落水管材及管件中，選擇老化后拉伸強(qiáng)度保留率≥80％作為合格判定指標(biāo)。