塑料產(chǎn)品的老化試驗(yàn)講解

1 概述：
所謂人工光源（實(shí)驗(yàn)室光源或人工氣候）曝露試驗(yàn)方法，是通過模擬和強(qiáng)化大氣環(huán)境中一些主要致老化因素，而達(dá)到人工加速目的的老化試驗(yàn)方法[1]。由于實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)材料耐候性的評(píng)估的急切需求，一些人工光源設(shè)備被用來(lái)加速老化。這些光源都包括：（經(jīng)過濾的）寬頻氙弧燈、熒光紫外燈、金屬鹵化物燈（metal halide lamps）和開放式碳弧燈；還有一些不經(jīng)常使用的光源，它們包括：汞蒸氣燈、鎢燈（tungsten lamp）[4]。我國(guó)1997年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16422-1.2.3（等效ISO 4892，1994）中規(guī)定了zui常用的氙燈、熒光紫外燈、開放式碳弧燈三種光源的曝露試驗(yàn)方法。
2 通則
A 結(jié)果的偏差
鑒于材料在真實(shí)環(huán)境中老化的復(fù)雜性（日光輻射的特性和能量隨地點(diǎn)、時(shí)間而變化，溫度，溫度的周期變化等），為減少重復(fù)曝露試驗(yàn)結(jié)果的差異，在特定地點(diǎn)的自然曝露試驗(yàn)應(yīng)至少連續(xù)曝露兩年。經(jīng)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)室光源與特定地點(diǎn)的自然曝露試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性，只適用于特定種類和配方的材料和特定的性能，和其相關(guān)性已為過去試驗(yàn)所證實(shí)了的場(chǎng)合。

B 試驗(yàn)?zāi)康?br>a 通過模擬自然陽(yáng)光下長(zhǎng)期曝露作用的加速試驗(yàn)，以獲得材料耐候性的結(jié)果。為了得到曝露全過程完整的特性，需測(cè)定試樣在若干曝露階段的性能變化。
b 用于確定不同批次材料的質(zhì)量與已知對(duì)照樣是否相同的實(shí)驗(yàn)。
c 按照規(guī)定的試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)性能變化，以確定材料是否合格。

C 試驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)的裝置一般應(yīng)包括試驗(yàn)箱（包括：光源、試樣架、潤(rùn)濕裝置、控濕裝置、溫度傳感器、程序控制裝置等）、輻射測(cè)量?jī)x、指示或記錄裝置等幾個(gè)主要部分及其必要的輔助配套裝置。

D 試驗(yàn)條件的選擇
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)條件的選擇主要包括：光源、溫度、相對(duì)濕度、及噴水（降雨）周期等它們的選擇依據(jù)及一般確定方法如下:
a 光源的選擇
光源的選擇是整個(gè)試驗(yàn)的核心部分，其原則有二：一是要求人工光源的光譜特性與導(dǎo)致材料老化破壞zui敏感的日光能量分布相近，即模擬性好；二是要求在盡量短的時(shí)間內(nèi)獲得近似與常規(guī)自然曝露的結(jié)果，即加速效果好。
若考慮試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在材料敏感的紫外區(qū)，氙燈的光譜特性與日光的zui為接近，是目前公認(rèn)的理想光源。但考慮氙燈老化箱運(yùn)轉(zhuǎn)的成本，紫外熒光燈也許更適合我國(guó)一些中小企業(yè)和普通高校做老化試驗(yàn)研究。而用于滅菌或其他用途的高壓或低壓汞燈在沒有適當(dāng)濾光片時(shí)，含有大量自然光中沒有的紫外成分，不適合一般的老化實(shí)驗(yàn)。這里的 一般 指大氣層內(nèi)使用的塑料制品的老化實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槟M的都是穿過大氣層的紫外輻射。用這些試驗(yàn)方法模擬宇航用塑料制品，理論上會(huì)有一定誤差。

b 溫度的選擇
空氣溫度的選擇，應(yīng)以材料在使用中遇到的zui高溫度為依據(jù)，比之稍高一些，常選50℃左右。黑板溫度的選擇以材料在使用環(huán)境中材料表面的zui高溫度為依據(jù)，比之稍高，多選63 3℃。
c 相對(duì)濕度的選擇
相對(duì)濕度對(duì)材料老化的影響因材料的品種不同而異，以材料在使用環(huán)境所在地年平均相對(duì)濕度為依據(jù)，通常在50%～70%范圍選擇
3 國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)：
國(guó)內(nèi)外在人工光源試驗(yàn)方法上也已經(jīng)做了很多研究，下面是ISO和ASTM已經(jīng)制訂的一些試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：

標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)
標(biāo)題

ISO 4892-1,2,3,4

GB/T 16422
塑料-實(shí)驗(yàn)室光源曝露方法

1.通則

2.氙弧燈

3.熒光紫外燈

4.開放式碳弧燈

ASTM G26
非金屬材料氙弧燈曝露設(shè)備操作標(biāo)準(zhǔn)（有或無(wú)噴淋）

ASTM G53
非金屬材料濃縮熒光紫外燈曝露/噴淋設(shè)備推薦操作

ASTM G151
非金屬材料（實(shí)驗(yàn)室光源）加速測(cè)試設(shè)備曝露標(biāo)準(zhǔn)操作

4 試驗(yàn)儀器的準(zhǔn)備
氙燈和熒光紫外燈中，熒光紫外燈操作簡(jiǎn)便且已使用一段時(shí)間，運(yùn)行比較穩(wěn)定；但氙燈老化箱尚處于試運(yùn)行階段，且控制復(fù)雜，各項(xiàng)操作還有待熟悉，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境還不完全符合操作手冊(cè)的要求。

A.氙燈老化箱
氙燈老化箱當(dāng)時(shí)存在的問題主要是：因測(cè)試箱溫度過高經(jīng)常導(dǎo)致的自動(dòng)停機(jī)。
水的問題的主要原因應(yīng)是北京地區(qū)自來(lái)水中礦物質(zhì)含量過高，可考慮增加一套預(yù)過濾裝置。測(cè)試箱溫度過高，根據(jù)操作手冊(cè)第四章所述，可采取的措施有：檢查鼓風(fēng)機(jī)是否工作、檢查節(jié)氣閥、進(jìn)行輻射校準(zhǔn)、提高箱溫上限、重置測(cè)試箱安全調(diào)溫器。
我們所做的工作有：
a 安裝排氣系統(tǒng)：我們按操作手冊(cè)要求設(shè)計(jì)制作了排氣系統(tǒng)。系統(tǒng)采用具有過流保護(hù)的三相交流電機(jī)，排氣罩按要求位于儀器上方46㎝[12]。
b 制作試樣背板：本試驗(yàn)采用的均為透明薄膜，氙燈老化箱對(duì)透明試樣加背板的測(cè)試還處于空白。背板能在多大程度上加強(qiáng)輻射，還沒有相關(guān)的數(shù)據(jù)。特別加一組有背板試樣作為比較。

B.紫外老化箱
對(duì)紫外老化箱的準(zhǔn)備主要的由于其試樣架過長(zhǎng)，做羰基指數(shù)測(cè)試時(shí)須拆下試樣，那樣可能對(duì)試樣造成不必要的破壞，影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。我們?cè)噲D另外做一個(gè)可伸縮或折疊的試樣架，但是，經(jīng)過試驗(yàn)把氙燈老化箱用的試樣架掛在紫外老化箱試樣架上，可以保證試樣在試樣過程中相對(duì)位置不變，可滿足羰基指數(shù)測(cè)試和測(cè)試方法比較的要求。
我們所做的工作有：
a 清洗燈管、測(cè)試箱。由于水質(zhì)太差，燈管上積有一層硬質(zhì)水垢。雖然儀器在燈管外部測(cè)光強(qiáng)，水垢對(duì)輻射的影響不大。但長(zhǎng)時(shí)間會(huì)縮短燈管的壽命。我們用稀liusuan擦去了燈管表面水垢。另外，噴淋系統(tǒng)用的也是自來(lái)水，大多數(shù)噴頭均不能有效將水分散均勻噴在試樣上，這樣必然會(huì)帶來(lái)一些誤差。我們將每一個(gè)噴頭均拆開清洗，解決了噴水不均的問題。

b 制作背板。（與1的b相同）

C. 試驗(yàn)設(shè)定：
（1）．紫外老化箱沒有預(yù)置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的功能，可設(shè)置的參數(shù)較氙燈為少，為便于比較，我們把主要參數(shù)設(shè)定為與氙燈相近：
所用燈管： Q-Panel Lab生產(chǎn)UVA-340
測(cè)試箱溫度： 45 ℃（氙燈為40 ℃，但紫外zui低為45 ℃）
輻射： 0.5 W/㎡/nm
噴水周期： 18分鐘
無(wú)噴水周期： 102分鐘
（2）．每隔一段時(shí)間取樣，記錄取樣時(shí)的曝露時(shí)間，進(jìn)行性能測(cè)試。