材料老化測試,選紫外老化？還是氙燈老化？

　　材料老化主要表現在變色、失光、強度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。盡管大家都認同產(chǎn)品的耐候性和耐光性很重要，但對于在實(shí)驗室，是采用紫外老化測試還是氙燈老化測試？卻往往毫無(wú)頭緒。
 

　　光照(特別是紫外線(xiàn))
 

　　對于經(jīng)久耐用的材料，如大多數涂料、塑料，短波紫外線(xiàn)是引起大部分聚合物老化的原因。然而，對于不是那么經(jīng)久耐用的材料，長(cháng)波紫外線(xiàn)甚至可見(jiàn)光也會(huì )對其造成嚴重的危害。
 

　　高溫
 

　　當溫度升高時(shí)，光的破壞作用也將隨之增大，盡管溫度不影響主要的光致化學(xué)反應，但卻影響后繼的化學(xué)反應。實(shí)驗室老化測試必須提供準確的溫度控制，通常還通過(guò)升溫的方法來(lái)加速老化。
 

　　潮濕
 

　　露水造成的危害比雨水更大，因為它附著(zhù)在材料上的時(shí)間更長(cháng)，形成更為嚴重的潮濕吸收。然而也不能忽視的是溫度驟降造成的熱沖擊。比如當一輛汽車(chē)在一個(gè)炎熱夏日溫度升高卻突然因陣雨而急劇散熱，這種情況下雨水會(huì )產(chǎn)生應力侵蝕。
 

　　這三個(gè)因素中的任一個(gè)都會(huì )引起材料老化，而且它們往往同時(shí)發(fā)生，所造成的危害都大于任一因素單獨作用所造成的。因此在實(shí)驗室，有些材料在光照或者潮濕條件的單獨作用下的耐久性好，但在兩者的協(xié)同作用下，往往會(huì )失效。
 

　　QUV
 

　　QUV紫外老化試驗箱利用熒光紫外燈管來(lái)模擬太陽(yáng)光對耐久耐用材料的破壞作用。這些燈管在電學(xué)原理上與普通照明用的冷白燈管很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見(jiàn)光或紅外光。
 

　　紫外老化試驗箱對于不同的終使用條件，需要不同光譜進(jìn)而選擇不同類(lèi)型的燈管。常見(jiàn)的燈管類(lèi)型包括UVA燈管以及UVB燈管。
 

　　UVA-340燈管在短波紫外線(xiàn)波段可模擬太陽(yáng)光
 

　　Q-SUN
 

　　Q-SUN氙燈試驗箱被認為可模擬全光譜太陽(yáng)光，因為它們可產(chǎn)生紫外線(xiàn)，可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)。氙燈光譜受兩個(gè)因素影響：濾光系統和光源穩定性。
 

　　氙燈試驗箱產(chǎn)生的光譜是全光譜太陽(yáng)光，必須使用不同類(lèi)型的玻璃過(guò)濾器以得到不同的光譜。ASTMG155中定義了三種類(lèi)型經(jīng)常使用的過(guò)濾器：日光、窗玻璃和紫外延展過(guò)濾器。
 

　　1.日光過(guò)濾器：通常被推薦用來(lái)研究與自然老化之間的相關(guān)性
 

　　2.窗玻璃過(guò)濾器：其產(chǎn)生的光譜與透過(guò)玻璃的太陽(yáng)光譜非常相似，常被用于測試室內光穩定性。
 

　　3.紫外延展過(guò)濾器：常被用于提供更快的測試結果。
 

　　QUV
 

　　在戶(hù)外，材料由于露水每天有12個(gè)小時(shí)潮濕狀態(tài)。為了更真實(shí)的模擬戶(hù)外潮濕侵蝕。QUV用特殊的冷凝功能再現戶(hù)外露水潮濕。
 

　　Q-SUN
 

　　而大多數氙燈試驗箱通過(guò)水噴淋或濕度控制系統來(lái)模擬潮濕的影響。相比冷凝功能，水噴淋在模擬熱沖擊和機械侵蝕方面更好。
 

　　QUV/se紫外老化試驗箱和Q-SUNXe-1氙燈老化試驗箱的價(jià)格差不多，但它們的樣品容量相差很大。QUV紫外老化試驗箱大約是Q-SUNXe-1容量的5倍。QUV紫外老化試驗箱的容量比Q-SUNXe-3的也大，Q-SUNXe-3氙燈老化試驗箱的樣品容量?jì)H為QUV的72%。
 

　　QUV紫外老化試驗箱可安裝相對較薄的平板或樣品。而Q-SUN氙燈老化試驗箱可測試樣品的類(lèi)型比較靈活，除了可測試平面試樣外，還可測試三維部件、試管及玻璃皿。
 

　　標準參考應當成為你選擇測試設備是一個(gè)重要的考慮的因素，QUV紫外老化試驗箱和Q-SUN老化試驗箱分別有不同的標準適用范圍，下表簡(jiǎn)單羅列了兩款設備的滿(mǎn)足的標準要求。
 

　　回到初的問(wèn)題，材料耐候老化測試該紫外加速老化試驗機還氙燈試驗箱？
 

　　不存在一種測試技術(shù)能夠滿(mǎn)足所有材料和應用條件。您所選擇的方法取決于您的測試目的、關(guān)注哪些變化、時(shí)間安排、經(jīng)費預算等。(來(lái)源：翁開(kāi)爾)
 

　　下面我們盤(pán)點(diǎn)一下材料老化實(shí)驗知識：
 

　　人工加速老化測試
 

　　1.熱老化性能試驗
 

　　在常壓和規定溫度的熱空氣作用下，使材料經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后測定其某項或某幾項性能指標。根據相同或不同溫度條件下各周期性能指標變化的情況，判斷材料的熱穩定性，推算貯存期和使用期。
 

　　▎測試儀器：
 

　　重力對流式(自然通風(fēng))熱老化試驗箱
 

　　強制通風(fēng)式熱老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：電氣絕緣材料的耐熱性試驗,電子零配件,塑化產(chǎn)品及橡膠制品。
 

　　▎樣品要求：
 

　　根據GB/T7141，
 

　　1)在所選的每個(gè)周期和溫度下每種材料至少暴露三個(gè)平行試樣；
 

　　2)試樣厚度相當于但不大于預期應用中的小厚度；
 

　　3)試樣的制作方法應與其在預期應用中的相同；
 

　　4)一系列溫度的所有試驗試樣均應為同一批次。
 

　　▎相關(guān)測試標準：
 

　　GB/T7141塑料老化試驗方法
 

　　GB/T3512硫化橡膠或熱塑性橡膠加熱老化和耐熱試驗
 

　　ASTMD5510HeatAgingofOxidativelyDegradablePlastics
 

　　JISK6257硫化橡膠和熱塑性橡膠熱老化性能測定
 

　　2.溫濕老化試驗
 

　　在大氣環(huán)境下，溫度(熱)和濕度(水分)都會(huì )導致高分子材料的老化。濕熱老化試驗通過(guò)模擬溫度和濕度環(huán)境對高分子材料進(jìn)行加速老化，以評估材料在應用過(guò)程中的耐溫度和濕度的老化性能。
 

　　▎測試儀器：
 

　　濕熱老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：塑料、橡膠等高分子材料。
 

　　▎樣品要求:
 

　　試驗樣品應在不包裝、不通電、準備使用狀態(tài)或按有關(guān)標準的其他規定放入試驗箱中。如沒(méi)有規定特定的安裝架，那么安裝架的熱傳導應盡可能低，使得實(shí)際上對所有的試驗樣品都是絕熱的。
 

　　▎相關(guān)測試標準：
 

　　GB/T2423.3：試驗Cab:恒定濕熱試驗
 

　　GB/T2423.4：試驗Db:交變濕熱試驗
 

　　GB/T15905硫化橡膠濕熱老化試驗方法
 

　　GB/T2573玻璃纖維增強塑料老化性能試驗方法
 

　　ASTMD2126ResponseofRigidCellularPlasticstoThermalandHumidAging
 

　　3.臭氧老化試驗
 

　　臭氧在大氣中的含量很少卻是橡膠龜裂的主要因素，特別是對含雙鍵的橡膠材料，有*的破壞能力。
 

　　臭氧老化的試驗方法，就是將橡膠試樣在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應變條件下置于含一定濃度的臭氧和溫、濕度的環(huán)境中曝露，觀(guān)測試樣性狀的變化，以評價(jià)橡膠的耐臭氧老化性能，并以此為依據制定積極的防護措施。
 

　　▎測試儀器：
 

　　臭氧老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：非金屬材料、橡膠制品，以及TPU、EPDM等新型彈性體。
 

　　▎樣品要求：
 

　　根據ASTMD1149
 

　　1)樣品尺寸：長(cháng)100±25mm(4±1英寸)*寬10.00±0.03mm(0.40±0.01英寸)
 

　　2)建議將待測的橡膠樣品放置在鋁制薄片或者0.1mm的聚酯薄膜上，以便于取下。
 

　　3)需要對不帶襯片的樣片在23±2oC無(wú)臭氧條件下進(jìn)行24.0±0.5小時(shí)的預先測試。
 

　　▎相關(guān)測試標準：
 

　　GB/T13642硫化橡膠耐臭氧老化動(dòng)態(tài)拉伸試驗法
 

　　GB/T7762硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗
 

　　GB/T24134橡膠和塑料軟管靜態(tài)條件下耐臭氧性能的評價(jià)
 

　　ASTMD1149RubberDeterioration——CrackinginanOzoneControlledEnvironment
 

　　JISK6259加硫橡膠或熱塑性橡膠-耐臭氧劣化的試驗方法
 

　　4.氙弧燈老化試驗
 

　　利用惰性氣體氙在超高電壓下原子被激發(fā)電離放電產(chǎn)生弧光來(lái)模擬自然條件下劣化的再現性試驗。氙弧燈與太陽(yáng)光放射照度有較好的一致性，更接近太陽(yáng)光，其中紫外線(xiàn)占11%，可視光占89%，并且可以模擬黑夜及淋雨現象。
 

　　▎測試儀器：
 

　　氙弧燈老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：塑膠、涂料、橡膠、油漆、電子等
 

　　▎樣品要求：
 

　　根據ASTMG151
 

　　1)待測樣品的尺寸一般是按照光照曝露后的材料性能測試的要求所制定的，
 

　　2)如果樣品涉及從大的部件裁剪下來(lái)，應盡量保證裁剪過(guò)程不會(huì )影響材料性能測試，
 

　　3)除非有特殊要求，盡量不要將已將經(jīng)過(guò)曝露過(guò)的樣品進(jìn)行裁剪，因為經(jīng)過(guò)測試的樣品可能會(huì )變脆，
 

　　4)如果要將大的測試過(guò)的樣品進(jìn)行裁剪，應該從至少被儀器固定住的邊緣20mm處進(jìn)行裁剪。
 

　　5)無(wú)破壞的樣品數至少3個(gè)，有破壞的樣品至少6個(gè)。
 

　　▎相關(guān)測試標準：
 

　　GB/T16422.2塑料實(shí)驗室光源暴露試驗方法第2部分:氙弧燈
 

　　GB/T8427紡織品色牢度試驗耐人造光色牢度：氙弧
 

　　GBT1865色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過(guò)的氙弧輻射
 

　　ASTMG155OperatingXenonArcLightApparatusforExposreofNon-MetallicMaterials.
 

　　ASTMG151ExposingNonmetallicMaterialsinAcceleratedTestDevicesthatUseLaboratoryLightSources
 

　　5.紫外燈老化試驗
 

　　紫外熒光燈可模擬關(guān)鍵的短波紫外線(xiàn)，并能完整真實(shí)地重現太陽(yáng)光、雨水和露水造成的損害。損傷類(lèi)型主要有褪色、光澤消失、粉化、龜裂、開(kāi)裂、模糊、起泡、脆化、強度減小和氧化。
 

　　▎測試儀器：
 

　　紫外燈老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：塑膠、涂料、橡膠、油漆等。
 

　　▎樣品要求：
 

　　根據GB/T14522
 

　　塑料：參見(jiàn)GB/T16422.1試樣制備要求
 

　　涂料：一般按GB/T9271的規定制備試樣底板，底板采用相應產(chǎn)品實(shí)際使用的材料，如木材、金屬、塑料等，底板應平整，其尺寸應適合設備試樣架的大小。
 

　　橡膠：
 

　　GB/T16422.1中對試樣的要求適應于橡膠，
 

　　對于在應力狀態(tài)下的試驗，按GB/T7762制備試樣，
 

　　按GB/T2941進(jìn)行試樣的狀態(tài)調節。
 

　　建議將一個(gè)對照樣品和試樣同時(shí)進(jìn)行暴露，以提供一個(gè)比較的標準。
 

　　▎相關(guān)測試標準：
 

　　GB/T16422.3塑料實(shí)驗室光源暴露試驗方法第3部分:熒光紫外燈
 

　　GB/T18950橡膠和塑料軟管靜態(tài)下耐紫外線(xiàn)性能測定
 

　　GB/T14522機械工業(yè)產(chǎn)品用塑料涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法熒光紫外燈
 

　　ASTMG154OperatingFluorescentLightApparatusforUVExposureofNonmetallicMaterials
 

　　6.碳弧燈老化試驗
 

　　碳弧燈分為兩種，一種是封閉式碳弧燈，一種是日光碳弧燈，這兩種都是應用于早期的設備，前者用于紡織品耐光測試，后者初用于涂層的耐光試驗。
 

　　由于碳弧燈的光譜分布與太陽(yáng)光相差較大，特別是封閉式碳弧燈，既無(wú)日光中的短波紫外輻射，在使用過(guò)程中要求每48h至72h換一次碳棒，使用成本較高，在我國應用較少，在日本廣泛使用，目前我國與日本合資的汽車(chē)企業(yè)依然推薦使用這種光源。
 

　　▎測試儀器：
 

　　碳弧燈老化試驗箱
 

　　▎適用產(chǎn)品范圍：紡織品，纖維材料，塑料，人造革，硫化橡膠等。
 

　　▎樣品要求:同上氙弧燈老化試驗