氙灯老化试验箱人工加速老化试验应关心的几个问题
2019-09-25 09:17
氙灯老化试验箱人工加速老化试验应关心的几个问题
★ 目前认为，已知的人工光源中氙弧灯的光谱能量分布与阳光中紫外、可见光部分非常相似，通过选择合适的滤光片，可以滤去大部分到达地面阳光中存在的短波辐射。
★ 氙灯在1000nm~1200nm近红外区存在很强的辐射峰,会产生大量的热。
★ 因此，必须选择合适的冷却装置带走这部分能量；目前，市面上氙灯老化试验 装置有两种冷却方式：水冷式和风冷式。
一般来说，水冷式氙灯装置冷却效果要优于风冷式，但是水冷式氙灯老化试验箱结构也更为复杂，价格也比较昂贵。
★ 由于；氙灯紫外线部分能量较另两种光源增加较少，在加速倍率方面是非常低的，阳光型碳弧灯:阳光型碳弧灯目前在我国应用得较少。
【人工加速老化试验条件如何选择】？
★ 即模拟哪些老化因素；高分子材料在使用过程中，气候环境里许多因素都有可能对高分子材料的老化产生作用。
★ 如果事先知道产生老化的主要因素,就可以有针对性的选择试验方法。我们可以从该材料的运输、储存、使用环境以及其老化机理等方面考虑,确定试验方法。
★ 比如：我国在可靠性市场上有竞争力的一个产品：外贸出口鞋,在使用过程中,阳光中的紫外线是引起鞋子变色、褪色的主要原因,因此,有必要用紫外灯箱对其进行耐黄变测试,常用的鞋类耐 黄变试验箱采用30W UV灯,样品离光源20cm,照射3h后观察颜色变化。
★ 同时，在运输过程中，集装箱内闷热、潮湿的恶劣环境会引起鞋面、鞋底、胶水的 变色、斑点，甚至是变质。
★ 因此，在装船运输之前，有必要考虑进行耐湿热老化试验，模拟集装箱内高热、高湿环境，在70℃、95％相对湿度的条件下，进行48h试验后观察外观、颜色变化。
★ 比如：硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯为原料，添加稳定剂、颜料等助剂加工而成，主要用于室外。
★ 从聚氯乙烯的老化机理考虑，聚氯乙烯受热易分解；从使用环境考虑；空气中的氧、紫外 光、热、水分都是引起型材老化的原因。
★ 因此，国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既规定了光氧老化试验方 法，采用GB/T 16422.2《塑料实验室光源曝露试验方法第二部分：氙弧灯》老化4000h或6000h，模拟了室外紫外光及可见光、湿度、降雨、温度等因素，同时又规定了热氧老化项目：加热后状态，150℃放置30min，目测观察是否出现裂纹、气泡、麻点或分离现象，以考察型材的耐热性能。
【试验时间如何确定】？
★ 参照相关产品标准规定:相关产品标准里已经对老化试验的时间作出了规定，我们只需查找到相关标准，按里面规定的时间执行就行了。许多国家标准、行业标准中都对此作出了规定。
★ 根据已知的相关性推算:研究表明：通过颜色和变黄指数变化来评价ABS的颜色稳定性,人工加速老化与自然大气暴露有较好的相关性,加速倍率约为7。
★ 如果想了解某一ABS材料户外使用一年后的颜色变化，采用相同的试验条件，可以参考该加速倍率，确定加速老化时间365x24/7=1251h。
★ 就相关性间题大量的研究，得出了许许多多的换算关系式。然而，由于高分子材料的多样性，加速老化试验设备及方法的不同，不同时间、地区气候的差异性导致了换算关系的复杂化。
★ 因此，在选择换算关系时，一定要注意得出该相关性的具体材料、老化设备、试验条件、性能评价指标等因素。
★ 控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当;对于某些既无相应标准规定,又无处参考相关性的产品,可以考虑其实际使用环境的辐射强度,控制人工加速老化试验的辐射总量与自然暴露试验辐射总量相当。
【性能评价指标如何选择】？
★ 选择性能评价指标主要从材料本身特性及材料的用途两方面来考虑。
★ 根据材料用途确定评价指标：对于同样的材料,根据其用途的不同,选择的评价指标可能也不同。
★ 例如，对于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的颜色、外观变化是可以接受的，这时，选择评价指标时，主要考虑其粉化程度、耐开裂性等方面。
★ 同样是涂料,如果是用于装饰,就必须重点考虑其外观的变化。在GB/T 1766-1995《色漆和清漆涂层老化的评级》中,详细规定了光泽度、颜色变化、粉化、泛金等各种外观变化的评级方法。
★ 同样是PVC（聚氯乙烯），如果如果是用于雨落水管，对于外观变化要求就不高，而材料的物理机械性能变化，如拉伸强度变化是主要考核指标；而如果用于制作鞋面，就必须考虑其耐黄变性。
★ 根据材料本身特性确定评价指标：就同一材料来说,在老化过程中不同性能的下降是不等速的,某些性能可能对环境条件敏感,老化、性能下降得非常快,则是引起材料破坏的主要因素,在选择评价指标时,应该选择这些敏感性能。
★ 例如：对于大部分工程塑料来说，冲击强度是自然老化试验检测中变化非常大、下降非常明显的。
★ 因此，在进行工程塑料的老化测试时，应优先考虑选择冲击强度下降作为评价指标，冲击强度对聚丙烯的老化同样相当敏感，是考核老化性能的主要指标；对于聚氯乙烯，拉伸强度和冲击强度都下降得比较快，应根据实际情况，选择其中一种来评价。
★ 比如在轻工行业标准QB /T2480-2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC -U）雨落水管材及管件中，选择老化后拉伸强度保留率≥80％作为合格判定指标；但在国标GB/ T8814-2004 《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，选择老化后冲击强度保留率≥60％作为合格判定指标。
★ 对于聚乙烯材料来说,断裂伸长率的下降非常明显,是优先考虑的评价指标。
结语：人工加速老化试验因能快速评价材料老化性能、耐候性的需求而得到快速成长，已经从作为自然老化的重要补充到逐渐在许多行业替代自然老化试验作为产成品的检验手段，如何选择试验条件、光源、试验时间、性能评价指标等是人工加速老化试验中经常遇到和需要统一的问题。
★ 目前认为，已知的人工光源中氙弧灯的光谱能量分布与阳光中紫外、可见光部分非常相似，通过选择合适的滤光片，可以滤去大部分到达地面阳光中存在的短波辐射。
★ 氙灯在1000nm~1200nm近红外区存在很强的辐射峰,会产生大量的热。
★ 因此，必须选择合适的冷却装置带走这部分能量；目前，市面上氙灯老化试验 装置有两种冷却方式：水冷式和风冷式。
一般来说，水冷式氙灯装置冷却效果要优于风冷式，但是水冷式氙灯老化试验箱结构也更为复杂，价格也比较昂贵。
★ 由于；氙灯紫外线部分能量较另两种光源增加较少，在加速倍率方面是非常低的，阳光型碳弧灯:阳光型碳弧灯目前在我国应用得较少。
【人工加速老化试验条件如何选择】？
★ 即模拟哪些老化因素；高分子材料在使用过程中，气候环境里许多因素都有可能对高分子材料的老化产生作用。
★ 如果事先知道产生老化的主要因素,就可以有针对性的选择试验方法。我们可以从该材料的运输、储存、使用环境以及其老化机理等方面考虑,确定试验方法。
★ 比如：我国在可靠性市场上有竞争力的一个产品：外贸出口鞋,在使用过程中,阳光中的紫外线是引起鞋子变色、褪色的主要原因,因此,有必要用紫外灯箱对其进行耐黄变测试,常用的鞋类耐 黄变试验箱采用30W UV灯,样品离光源20cm,照射3h后观察颜色变化。
★ 同时，在运输过程中，集装箱内闷热、潮湿的恶劣环境会引起鞋面、鞋底、胶水的 变色、斑点，甚至是变质。
★ 因此，在装船运输之前，有必要考虑进行耐湿热老化试验，模拟集装箱内高热、高湿环境，在70℃、95％相对湿度的条件下，进行48h试验后观察外观、颜色变化。
★ 比如：硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯为原料，添加稳定剂、颜料等助剂加工而成，主要用于室外。
★ 从聚氯乙烯的老化机理考虑，聚氯乙烯受热易分解；从使用环境考虑；空气中的氧、紫外 光、热、水分都是引起型材老化的原因。
★ 因此，国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既规定了光氧老化试验方 法，采用GB/T 16422.2《塑料实验室光源曝露试验方法第二部分：氙弧灯》老化4000h或6000h，模拟了室外紫外光及可见光、湿度、降雨、温度等因素，同时又规定了热氧老化项目：加热后状态，150℃放置30min，目测观察是否出现裂纹、气泡、麻点或分离现象，以考察型材的耐热性能。
【试验时间如何确定】？
★ 参照相关产品标准规定:相关产品标准里已经对老化试验的时间作出了规定，我们只需查找到相关标准，按里面规定的时间执行就行了。许多国家标准、行业标准中都对此作出了规定。
★ 根据已知的相关性推算:研究表明：通过颜色和变黄指数变化来评价ABS的颜色稳定性,人工加速老化与自然大气暴露有较好的相关性,加速倍率约为7。
★ 如果想了解某一ABS材料户外使用一年后的颜色变化，采用相同的试验条件，可以参考该加速倍率，确定加速老化时间365x24/7=1251h。
★ 就相关性间题大量的研究，得出了许许多多的换算关系式。然而，由于高分子材料的多样性，加速老化试验设备及方法的不同，不同时间、地区气候的差异性导致了换算关系的复杂化。
★ 因此，在选择换算关系时，一定要注意得出该相关性的具体材料、老化设备、试验条件、性能评价指标等因素。
★ 控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当;对于某些既无相应标准规定,又无处参考相关性的产品,可以考虑其实际使用环境的辐射强度,控制人工加速老化试验的辐射总量与自然暴露试验辐射总量相当。
【性能评价指标如何选择】？
★ 选择性能评价指标主要从材料本身特性及材料的用途两方面来考虑。
★ 根据材料用途确定评价指标：对于同样的材料,根据其用途的不同,选择的评价指标可能也不同。
★ 例如，对于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的颜色、外观变化是可以接受的，这时，选择评价指标时，主要考虑其粉化程度、耐开裂性等方面。
★ 同样是涂料,如果是用于装饰,就必须重点考虑其外观的变化。在GB/T 1766-1995《色漆和清漆涂层老化的评级》中,详细规定了光泽度、颜色变化、粉化、泛金等各种外观变化的评级方法。
★ 同样是PVC（聚氯乙烯），如果如果是用于雨落水管，对于外观变化要求就不高，而材料的物理机械性能变化，如拉伸强度变化是主要考核指标；而如果用于制作鞋面，就必须考虑其耐黄变性。
★ 根据材料本身特性确定评价指标：就同一材料来说,在老化过程中不同性能的下降是不等速的,某些性能可能对环境条件敏感,老化、性能下降得非常快,则是引起材料破坏的主要因素,在选择评价指标时,应该选择这些敏感性能。
★ 例如：对于大部分工程塑料来说，冲击强度是自然老化试验检测中变化非常大、下降非常明显的。
★ 因此，在进行工程塑料的老化测试时，应优先考虑选择冲击强度下降作为评价指标，冲击强度对聚丙烯的老化同样相当敏感，是考核老化性能的主要指标；对于聚氯乙烯，拉伸强度和冲击强度都下降得比较快，应根据实际情况，选择其中一种来评价。
★ 比如在轻工行业标准QB /T2480-2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC -U）雨落水管材及管件中，选择老化后拉伸强度保留率≥80％作为合格判定指标；但在国标GB/ T8814-2004 《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，选择老化后冲击强度保留率≥60％作为合格判定指标。
★ 对于聚乙烯材料来说,断裂伸长率的下降非常明显,是优先考虑的评价指标。
结语：人工加速老化试验因能快速评价材料老化性能、耐候性的需求而得到快速成长，已经从作为自然老化的重要补充到逐渐在许多行业替代自然老化试验作为产成品的检验手段，如何选择试验条件、光源、试验时间、性能评价指标等是人工加速老化试验中经常遇到和需要统一的问题。
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