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人工老化試驗,如何選擇光源?

點擊次數(shù):2456 更新時間:2021-07-21

  一、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(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輸、儲存、使用環(huán)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(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行耐黃變測試。
 
  常用的鞋類耐黃變試驗箱采用30WUV燈,樣品離光源20cm,照射3h后觀察顏色變化。同時,在運輸過程中,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,甚至是變質(zhì)。因此,在裝船運輸之前,有必要考慮進行耐濕熱老化試驗,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,進行48h試驗后觀察外觀、顏色變化。
 
  二、人工加速老化光源的選擇
 
  實驗室光源曝露試驗: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)歷了約一個世紀的發(fā)展,實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。國際標準化組織(ISO)中與高分子材料相關的各技術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、可見光部分相似。通過選擇合適的濾光片,可以濾去大部分到達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:水冷式和風冷式。一般來說,水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風冷式,同時結構也較為復雜,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。
 
  適用情況:塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、涂料工業(yè)、染料、顏料、紡織品等
 
  常用標準:GB/T16422.2,ISO4892-2,SAEJ2527,ASTMG155,ASTMD4459等。
 
  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致得出不可靠的結果。
 
  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現(xiàn)對特定材料的快速篩選。
 
  適用情況:廣泛適用于非金屬材料、有機材料(如:涂料、油漆、橡膠、塑膠及其制品)
 
  常用標準:GB/T16422.3,ISO4892-3,ASTMG154,SAEJ2020,IEC61215等。
 
  03.陽光型碳弧燈
 
  陽光型碳弧燈目前在我國應用得較少,但它在日本是廣泛使用的光源,大部分JIS標準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,模擬性不及氙燈,加速倍率介于氙燈及紫外燈之間。
 
  適用情況:一般日光式耐候機較適用于涂料工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、通信設備、紡織工業(yè)、染料化學、橡膠工業(yè)等,現(xiàn)主要用于汽車材料的測試,特別是日本企業(yè)。
 
  常用標準:GB/T16422.4,GB/T15255,ISO4892-4,ASTMG152,JISD0205等

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