氙燈老化是一種人工日光老化試驗(yàn)。在測(cè)試中，我們需要知道以下問(wèn)題:
1.人工加速老化試驗(yàn)條件的選擇
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題可以理解為應(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)境中的許多因素都可能對(duì)高分子材料的老化產(chǎn)生影響。如果提前知道老化的主要因素，就可以選擇測(cè)試方法。
我們可以從運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用環(huán)境及其老化機(jī)理等方面來(lái)確定試驗(yàn)方法。比如硬聚氯乙烯型材，是以聚氯乙烯為原料，添加穩(wěn)定劑、顏料等添加劑制成的，主要用于戶外。考慮到PVC的老化機(jī)理，PVC受熱容易分解；考慮使用環(huán)境；空氣中的氧氣、紫外線、熱量和濕氣是型材老化的原因。
因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8814-2004《門(mén)和w30窗用未增塑聚氯乙烯-U型材》不僅規(guī)定了光氧老化試驗(yàn)方法，還采用GB/T16422.2《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第二部分:氙弧燈》進(jìn)行4000h或6000h老化，并模擬室外紫外光、可見(jiàn)光、溫度和溫度。再比如中國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品:外貿(mào)出口鞋。在使用過(guò)程中，陽(yáng)光中的紫外線是鞋子變色、褪色的主要原因。所以用紫外線燈箱測(cè)試鞋子的耐黃變性能是很有必要的。
常用的鞋子耐黃變?cè)囼?yàn)箱采用30W紫外燈，樣品距離光源20cm，照射3小時(shí)后觀察顏色變化。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)造成鞋面、鞋底、膠水變色、起斑甚至變質(zhì)。因此，在裝運(yùn)和運(yùn)輸前，需要考慮耐濕熱老化試驗(yàn)，在容器內(nèi)模擬高熱高濕環(huán)境，在70℃和95%相對(duì)濕度下，觀察48h試驗(yàn)后的外觀和顏色變化。
2.人工加速老化光源的選擇
實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn):可以在一個(gè)試驗(yàn)箱內(nèi)同時(shí)模擬可見(jiàn)大氣中的光、氧、熱、降雨等因素。是一種常用的人工加速老化試驗(yàn)方法，其中光源比較重要。經(jīng)驗(yàn)表明，太陽(yáng)光中聚合物破環(huán)的波長(zhǎng)主要集中在紫外光和部分可見(jiàn)光。
目前使用的人工光源都在努力使這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的能譜分布曲線接近太陽(yáng)光譜，模擬和加速比是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)過(guò)大約一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室光源已經(jīng)可供選擇，如封閉式碳弧燈、日光碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈和高壓汞燈。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)中與高分子材料相關(guān)的技術(shù)委員會(huì)主要建議使用三種光源:太陽(yáng)能碳弧燈、熒光紫外燈和氙弧燈。
01氙弧燈
目前認(rèn)為已知人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與太陽(yáng)光的紫外和可見(jiàn)光部分為相似。通過(guò)選擇合適的濾光器，可以過(guò)濾掉陽(yáng)光中到達(dá)地面的大部分短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm的紅外區(qū)域有很強(qiáng)的輻射，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。目前市面上的氙燈老化試驗(yàn)裝置有水冷和風(fēng)冷兩種冷卻方式，通常水冷氙燈的冷卻作用比風(fēng)冷要好，而且結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，價(jià)格也更貴。因?yàn)殡療舻淖贤饽芰勘绕渌麅煞N光源增加的少，所以從加速率來(lái)說(shuō)是低的。
02熒光紫外線燈
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，可以達(dá)到快速測(cè)試的作用。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外部分，因此可以實(shí)現(xiàn)較高的加速比。
而熒光紫外燈不僅增加了自然太陽(yáng)光中的紫外能量，而且在地球表面測(cè)量時(shí)還有自然太陽(yáng)光中沒(méi)有的輻射能量，這部分能量會(huì)造成非自然傷害。此外，除了窄的汞光譜線之外，熒光光源沒(méi)有高于375nm的能量，因此對(duì)更長(zhǎng)波長(zhǎng)的UV能量有感的材料可能不會(huì)暴露在自然日光下。這些固有的缺陷將導(dǎo)致不可靠的結(jié)果。
所以熒光紫外燈的仿真性差。然而，由于其高加速率，通過(guò)選擇合適類型的燈可以實(shí)現(xiàn)特定材料的快速篩選。
03陽(yáng)光碳弧燈
日光型碳弧燈目前在國(guó)內(nèi)很少使用，但在日本是一種廣泛使用的光源。大多數(shù)JIS標(biāo)準(zhǔn)采用日光型碳弧燈。很多中日合資汽車公司還是建議使用這種光源的。日光型碳弧燈的光譜能量分布也接近太陽(yáng)光，但紫外線在370nm~390nm處集中加強(qiáng)，模擬性不如氙燈，加速比介于氙燈和紫外燈之間。
3.測(cè)試時(shí)間的確定
01參考相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。
老化試驗(yàn)的時(shí)間在相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定。我們只需要找到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，按照規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行就可以了。很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此都有規(guī)定。
02根據(jù)已知的相關(guān)性。
結(jié)果表明，ABS的顏色穩(wěn)定性可以通過(guò)顏色和黃變指數(shù)的變化來(lái)評(píng)價(jià)。人工加速老化與自然空氣暴露有很好的相關(guān)性，加速率約為7。如果想知道一種ABS材料在戶外使用一年后的顏色變化，可以用同樣的測(cè)試條件，參照加速率，確定365x24/7=1251h的加速老化時(shí)間。
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，得出了許多換算公式。但由于高分子材料的多樣性、加速老化試驗(yàn)設(shè)備和方法的差異、不同時(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)，一定要注意具體的材料、老化設(shè)備、試驗(yàn)條件、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等已經(jīng)獲得相關(guān)性的因素。
03控制人工加速老化輻射總量相當(dāng)于自然暴露輻射總量
對(duì)于一些沒(méi)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，沒(méi)有參考關(guān)聯(lián)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等于自然暴露輻射總量。
一步:由于本品為塑料制品，在室外使用，因此選用GB/T16422.2-1996《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第2部分:氙弧燈》中的方法A。
實(shí)驗(yàn)條件為:輻照強(qiáng)度0.50W/m2(340nm)，黑板溫度65℃，箱溫40℃，相對(duì)濕度50%，噴涂時(shí)間/非噴涂時(shí)間18min/102min，連續(xù)光照；
二步:根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)CIENO 85-1989(引自GB/T 16422.1-1996《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第1部分:氙弧燈》)，北京全年總輻射量約為5609 MJ/m2；紫外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)(300nm~800nm)占62.2%，即3489MJ/m2。
三步:根據(jù)GB/T16422.2-1996
當(dāng)40 nm處的輻照強(qiáng)度為0.50W/m2時(shí)，在紅外區(qū)和可見(jiàn)光區(qū)(300 nm ~ 800 nm)的輻照強(qiáng)度為550 W/m2；可以算出照射時(shí)間為3489X106/550=6.344X106s，即1762h。按照這種計(jì)算方法，加速比在5左右。因?yàn)樽匀焕匣皇呛?jiǎn)單的照射強(qiáng)度的疊加，只有當(dāng)陽(yáng)光被確定為病因物質(zhì)時(shí)。
4.績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇
性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取主要從材料的用途和材料本身的特性兩方面考慮。
4.1根據(jù)材料用途確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于同一種材料，由于用途不同，可能選用的評(píng)價(jià)指標(biāo)也不同。比如同樣的涂料，如果用于裝修，一定要關(guān)注其外觀的變化。GB/T1766-1995《油漆和清漆涂層老化分級(jí)》中詳細(xì)規(guī)定了光澤度、變色、粉化、起霜等各種外觀變化的分級(jí)方法。
對(duì)于一些功能性涂層，如防腐涂層，一定程度的顏色和外觀變化是可以接受的。此時(shí)，在選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，主要考慮抗裂性和粉化程度。也是聚氯乙烯(PVC)。如果用來(lái)做鞋面，必須考慮它的耐黃變性能。但如果用于雨水管，對(duì)外觀變化要求不高，主要考核指標(biāo)是材料物理機(jī)械性能的變化，如抗拉強(qiáng)度。
4.2根據(jù)材料自身特點(diǎn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。就同一種材料而言，老化過(guò)程中不同性能的下降是不均勻的。換句話說(shuō)，有些性能對(duì)環(huán)境有感，衰減很快，是造成材料破壞的主要因素。在選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)選擇這些有感屬性。結(jié)果表明，在自然老化試驗(yàn)中，大多數(shù)工程塑料的沖擊強(qiáng)度變化很大，并眼見(jiàn)下降。
因此，在工程塑料的老化試驗(yàn)中，沖擊強(qiáng)度的下降應(yīng)優(yōu)先作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度對(duì)聚丙烯的老化也較有感，是評(píng)價(jià)老化性能的主要指標(biāo)。對(duì)于聚乙烯材料，斷裂伸長(zhǎng)率下降眼見(jiàn)，是優(yōu)先考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于PVC來(lái)說(shuō)，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都下降很快，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇其中一種進(jìn)行評(píng)價(jià)。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8814-2004《門(mén)窗用未增塑聚氯乙烯-U型材》中，選用老化后沖擊強(qiáng)度保持率≥ 60%作為合格判定指標(biāo)；輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T2480PVC-U2000中，選用老化后拉伸強(qiáng)度保持率≥ 80%作為合格判定指標(biāo)。
