這個(gè)問(wèn)題實(shí)際上可以理解為應(yīng)該模擬哪些老化因素。在高分子材料的使用過(guò)程中,氣候環(huán)境中的許多因素都會(huì)對(duì)高分子材料的老化產(chǎn)生影響。如果事先知道導(dǎo)致老化的主要因素,可以有針對(duì)性地選擇測(cè)試方法。從材料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用環(huán)境及其老化機(jī)理等方面確定試驗(yàn)方法。例如,硬質(zhì)聚氯乙烯型材是以聚氯乙烯為原料,加入穩(wěn)定劑、顏料等添加劑加工而成,主要用于戶(hù)外??紤]到聚氯乙烯的老化機(jī)理,聚氯乙烯很容易受熱分解;考慮到使用環(huán)境,氧氣、紫外線(xiàn)、熱、空氣中的水分都是造成型材老化的原因。因此,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8814-2004《門(mén)窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》中,既規(guī)定了光氧化試驗(yàn)方法,也規(guī)定了GB/T16422.2《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第二部分:氙弧燈》老化4000h或6000h,模擬室外紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光、溫度、濕度、降雨等因素,同時(shí)還規(guī)定了熱氧老化項(xiàng)目:加熱狀態(tài),放置在150℃下30分鐘,目測(cè)觀(guān)察有無(wú)氣泡、裂紋、點(diǎn)蝕或分離,考察型材的耐熱性。另一個(gè)例子是我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品:外貿(mào)鞋。在使用過(guò)程中,陽(yáng)光下的紫外線(xiàn)是造成鞋子變色、褪色的主要原因。因此,有必要用紫外線(xiàn)燈箱進(jìn)行耐黃變?cè)囼?yàn)。常用鞋類(lèi)耐黃變?cè)囼?yàn)箱采用30WUV燈,樣品距光源20cm,照射3小時(shí)后觀(guān)察顏色變化。同時(shí),在運(yùn)輸過(guò)程中,集裝箱內(nèi)悶熱潮濕的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致鞋面、鞋底和膠水變色、斑點(diǎn),甚至變質(zhì)。因此,在裝運(yùn)和運(yùn)輸前,有必要考慮濕熱老化試驗(yàn),模擬集裝箱內(nèi)的高溫高濕環(huán)境,在70℃和95%相對(duì)濕度下進(jìn)行48小時(shí)試驗(yàn)后,觀(guān)察外觀(guān)和顏色的變化。
氙弧燈試驗(yàn)箱光源的選擇:
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)可以在試驗(yàn)箱中同時(shí)模擬大氣可見(jiàn)環(huán)境中的光、氧、熱和降雨。它是目前比較常用的人工加速老化試驗(yàn)方法。在這些模擬因素中,光源是很重要的。經(jīng)驗(yàn)表明,在陽(yáng)光下對(duì)聚合物材料造成損傷的波長(zhǎng)主要集中在紫外線(xiàn)和部分可見(jiàn)光中。目前使用的人工光源試圖使該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的能譜分布曲線(xiàn)接近太陽(yáng)光譜,而模擬和加速放大是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室光源有封閉式碳弧燈、日光碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等多種光源。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)有關(guān)高分子材料的各技術(shù)委員會(huì)主要推薦使用三種光源:日光型碳弧燈、熒光紫外線(xiàn)燈和氙弧燈。
氙弧燈
目前認(rèn)為光譜能量
氙弧燈在已知的人工光源中的分布與太陽(yáng)光的紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光部分相似。通過(guò)選擇合適的濾波器,大部分到達(dá)地面的短波輻射可以被濾除。氙燈在1000nm~1200nm的近紅外區(qū)有很強(qiáng)的輻射峰,會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此,必須選擇合適的冷卻裝置來(lái)帶走這部分能量。目前市場(chǎng)上氙燈老化試驗(yàn)裝置的冷卻方式有水冷和風(fēng)冷兩種。ONONONE一般來(lái)說(shuō),水冷氙燈裝置的冷卻效果比風(fēng)冷裝置好,而且結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,價(jià)格更昂貴。由于氙燈紫外線(xiàn)部分的能量增加小于其他兩個(gè)光源,因此加速度放大率較低。2.2紫外線(xiàn)熒光燈
理論上,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,就可以達(dá)到快速檢測(cè)的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分,因此可以獲得較高的加速度放大倍數(shù)。然而,紫外線(xiàn)熒光燈不僅增加了自然光中的紫外線(xiàn)能量,而且在地球表面測(cè)量時(shí),也增加了非自然陽(yáng)光下的輻射能,這部分能量會(huì)造成非自然的損害。此外,熒光光源除了窄的水銀光譜線(xiàn)外,沒(méi)有高于375nm的能量,因此對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)紫外線(xiàn)能量敏感的材料在自然陽(yáng)光下可能不會(huì)發(fā)生變化。由于這些固有缺陷,可能會(huì)得到不可靠的結(jié)果。因此,對(duì)紫外熒光燈的模擬效果較差。然而,由于其高加速率,通過(guò)選擇合適的燈管類(lèi)型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定材料的快速篩選。
日光碳弧燈
日光型碳弧燈在我國(guó)目前很少使用,但在日本卻是廣泛使用的光源。大多數(shù)JIS標(biāo)準(zhǔn)使用日光型碳弧燈。許多與日本有合資企業(yè)的中國(guó)汽車(chē)公司仍然推薦這種光源。日光型碳弧燈的光譜能量分布也更接近太陽(yáng)光,但紫外線(xiàn)集中在370nm-390nm。仿真結(jié)果不如氙燈,加速度放大倍數(shù)介于氙燈和紫外線(xiàn)燈之間。
試驗(yàn)時(shí)間的確定:
參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)
老化試驗(yàn)時(shí)間在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定。我們只需要找到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),并按照其中規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行。許多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)此作出了規(guī)定。表1列出了一些常見(jiàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的老化時(shí)間要求。3.2基于已知相關(guān)性的計(jì)算
研究表明,ABS的顏色穩(wěn)定性是通過(guò)顏色和黃變指數(shù)的變化來(lái)評(píng)價(jià)的。人工加速老化與自然大氣暴露有很好的相關(guān)性,加速速率約為7。如果您想了解某ABS材料在室外使用一年后,在相同的試驗(yàn)條件下,其顏色變化情況,可以參考加速度放大倍數(shù)來(lái)確定加速老化時(shí)間365x24/7=1251h。
長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究,得到了許多轉(zhuǎn)換關(guān)系。然而,由于高分子材料的多樣性、加速老化試驗(yàn)設(shè)備和方法的不同,以及時(shí)間和地區(qū)氣候的差異,換算關(guān)系復(fù)雜。因此,在選擇換算關(guān)系時(shí),一定要注意具體材料的老化情況
得出設(shè)備、試驗(yàn)條件、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等因素的相關(guān)性。
人工加速老化輻射總量控制在自然照射總輻射量上
對(duì)于一些沒(méi)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、沒(méi)有參考相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)品,可以考慮實(shí)際使用環(huán)境的輻射強(qiáng)度,將人工加速老化輻射總量控制在與自然暴露輻射總量相當(dāng)?shù)乃缴稀?/div>
下面舉例說(shuō)明如何控制人工加速老化的總輻射量:
北京地區(qū)使用某塑料制品,預(yù)計(jì)人工加速老化的總輻射量相當(dāng)于一年的室外暴露量。
步驟:本品為塑料制品,室外使用,選用GB/T16422.2-1996《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第2部分:氙弧燈》中的a法。試驗(yàn)條件為:輻射強(qiáng)度0.50W/m2None(340nm),黑板溫度65℃,柜體溫度40℃,相對(duì)濕度50%,噴水時(shí)間/非噴水時(shí)間18min/102min,連續(xù)光照;
第二步:由表2可知,根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CIENo85-1989(見(jiàn)GB/T16422.1-1996表3)比較人工光源和自然光的光譜分布,北京市年總輻射量為5609MJ/m2。塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第部分:引用于“氙弧燈”,紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)(300nm-800nm)占62.2%,為3489MJ/m2。
第三步:根據(jù)GB/T16422.2-1996,當(dāng)340nm輻射強(qiáng)度為0.50W/m2時(shí),在紅外和可見(jiàn)光區(qū)域(300nm~800nm)的輻射強(qiáng)度為550W/m2,輻射時(shí)間可計(jì)算為3489X106/550=6.344X106s,即1762h,按此計(jì)算方法,加速率約為5。由于自然老化不是簡(jiǎn)單的輻射強(qiáng)度的疊加,只有當(dāng)確定陽(yáng)光是造成這種物質(zhì)的原因時(shí),才會(huì)出現(xiàn)這種情況。
績(jī)效考核指標(biāo)的選擇:
績(jī)效考核指標(biāo)的選擇主要從材料的使用和材料本身的特點(diǎn)兩個(gè)方面考慮。4.1根據(jù)物料使用情況確定評(píng)價(jià)指標(biāo)
對(duì)于同一種材料,由于其用途不同,可以選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)也不同。例如,如果它也是一種涂料,如果是用來(lái)裝飾的,就必須考慮其外觀(guān)的變化。在GB/T1766-1995《油漆和清漆涂層老化分級(jí)》中,詳細(xì)規(guī)定了光澤、變色、粉化、泛金等各種外觀(guān)變化的分級(jí)方法。