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氙燈耐氣候試驗(yàn)箱性能的評(píng)定方法
氙燈耐氣候試驗(yàn)箱性能的評(píng)定方法
人工加速老化試驗(yàn)?zāi)M強(qiáng)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(yàn)的周期，且由于試驗(yàn)條件的可控性,，試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性強(qiáng),。人工老化作為自然老化的重要補(bǔ)充，正廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究,、開發(fā),、檢測(cè)中。
在人工加速老化的試驗(yàn)過程中,，人們普遍會(huì)關(guān)心以下幾個(gè)問題：應(yīng)該選擇什么樣的試驗(yàn)條件,，進(jìn)行多長時(shí)間的試驗(yàn)；該選擇什么指標(biāo)來評(píng)價(jià)該產(chǎn)品的老化性能,。
（1）人工加速老化試驗(yàn)條件的選擇
這個(gè)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(duì)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(duì)性的選擇試驗(yàn)方法。我們可以從該材料的運(yùn)輸,、儲(chǔ)存,、使用環(huán)境以及其老化機(jī)理等方面考慮，確定試驗(yàn)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(yàn)方法,，采用GB/T 16422.2《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,，模擬了室外紫外光及可見光、溫度,、濕度,、降雨等因素，同時(shí)又規(guī)定了熱氧老化項(xiàng)目：加熱后狀態(tài),，150℃放置30min,，目測(cè)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,。又如我國在市場上有競爭力的一個(gè)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(duì)其進(jìn)行耐黃變測(cè)試,。常用的鞋類耐黃變?cè)囼?yàn)箱采用30WUV燈,，樣品離光源20cm，照射3h后觀察顏色變化,。同時(shí),，在運(yùn)輸過程中，集裝箱內(nèi)悶熱,、潮濕的惡劣環(huán)境會(huì)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(yàn)，模擬集裝箱內(nèi)高熱,、高濕環(huán)境,，在70℃、95％相對(duì)濕度的條件下,，進(jìn)行48h試驗(yàn)后觀察外觀,、顏色變化。
（2）人工加速老化光源的選擇
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)試驗(yàn)箱中同時(shí)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(yàn)方法，在這些模擬因素中,，又以光源zui為重要,。經(jīng)驗(yàn)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(gè)世紀(jì)的發(fā)展,，實(shí)驗(yàn)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。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(huì)主要推薦使用陽光型碳弧燈,、熒光紫外燈,、氙弧燈三種光源。
A：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zui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近紅外區(qū)存在很強(qiáng)的輻射峰，會(huì)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(yàn)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(shí)結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜,，價(jià)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zui低的,。
B：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(yàn)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(shí)還有在地球表面測(cè)量時(shí)自然日光中沒有的輻射能量,，而這部分能量會(huì)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(duì)較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會(huì)出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會(huì)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(hào)的燈管可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定材料的快速篩選。
C：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
（3）試驗(yàn)時(shí)間的確定
相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)對(duì)老化試驗(yàn)的時(shí)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(shí)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(duì)此作出了規(guī)定,。
（4）性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇
選擇性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要從材料的用途及材料本身特性兩方面來考慮,。
A：根據(jù)材料用途確定評(píng)價(jià)指標(biāo)
對(duì)于同樣的材料，由于其用途不同,，可能選擇的評(píng)價(jià)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/T 1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)》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(píng)級(jí)方法,。
而對(duì)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(shí)，選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),，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(duì)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),。
B：根據(jù)材料本身特性確定評(píng)價(jià)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(duì)環(huán)境敏感,，下降得zui快，則是引起材料破壞的主要因素,、在選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),，應(yīng)該選擇這些敏感性能。研究表明：對(duì)于大部分工程塑料來說,，沖擊強(qiáng)度是自然老化試驗(yàn)檢測(cè)中變化zui大,、下降z(mì)ui明顯的。因此,，在進(jìn)行工程塑料的老化測(cè)試時(shí),，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇沖擊強(qiáng)度下降作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度對(duì)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(duì)于聚乙烯材料來說，斷裂伸長率的下降z(mì)ui為明顯,，是優(yōu)先考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo),。對(duì)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(píng)價(jià)。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),。
人工加速老化試驗(yàn)因快速評(píng)價(jià)材料耐候性的需求而得到快速發(fā)展,，作為自然老化的重要補(bǔ)充，廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究,、開發(fā),、檢測(cè)中。而試驗(yàn)條件的選擇,、光源的選擇,、試驗(yàn)時(shí)間的確定、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇是人工加速老化試驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問題,。本文對(duì)以上幾方面進(jìn)行了探討,，提出了一些解決問題的思路。