人工加速老化試驗Z關心的是哪些問題？

人工加速老化試驗zui關(guan) 心的四個(ge) 問題

人工加速老化試驗也稱為(wei) 環境試驗。因為(wei) 橡膠、塑料、塗料、油墨、樹脂等高分子材料在使用過程中普遍要涉及到老化的問題。所謂老化就是因為(wei) 環境條件的改變而導致高分子材料性質的變化，比如：變色、粉化、失去光澤、強度下降等。但是我們(men) 如何去評價(jia) 高分子材料的耐老化性能呢？在生產(chan) 和科研實踐中人們(men) 逐漸形成了兩(liang) 種評價(jia) 老化的試驗方法：*種就是是自然老化試驗方法，即直接利用自然環境進行的老化試驗，如自然暴曬試驗；第二種就是人工加速老化試驗方法，即在實驗室裏采取各種老化試驗箱來模擬相關(guan) 自然環境條件的某些老化因素、條件二進行的老化試驗。由於(yu) 導致高分子老化的因素的多種多樣，以及高分子老化機理的複雜性，自然老化無疑是zui可靠、zui重要的老化試驗方法。但是，由於(yu) 采取自然老化試驗的周期一般很長，試驗太慢；再加上不同地區、年份、季節的氣候條件的差異較大，導致了自然老化試驗結果的可比性差。而如果采取人工加速老化試驗來模擬強化了自然環境氣候中的某些重要因素，如溫度、陽光、降雨、濕度等條件，無疑將大大縮短對試驗對象的老化試驗的周期，zui重要的是由於(yu) 試驗條件的可控性，這樣試驗結果的再現性強。人工加速老化試驗作為(wei) 自然老化的重要補充，越來越廣泛運用於(yu) 各種高分子材料的研究、開發、檢測中，並越來越成為(wei) 一般工礦企業(ye) 、科研院所代替自然暴曬試驗手段。

  那麽(me) ，在人工加速老化試驗中，人們(men) zui關(guan) 心的是哪些問題呢？

  主要是以下四個(ge) 方麵的問題：

一、人工加速老化試驗的光源如何選擇？

  實驗室光源曝露試驗因為(wei) 可以在一個(ge) 試驗箱中同時模擬大氣可見環境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為(wei) 常用的一種人工加速老化試驗方法，在這些模擬因素中，又以光源zui為(wei) 重要。經驗表明，陽光中引起高分子材料破環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間內(nei) 的能譜分布曲線與(yu) 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。經曆了約一個(ge) 世紀的發展，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。標準化組織（ISO）中與(yu) 高分子材料相關(guan) 的各技術委員會(hui) 主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。

1、熒光紫外燈:

  從(cong) 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(jin) 使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表麵測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會(hui) 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，沒有高於(yu) 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(hui) 出現曝曬在自然日光下那樣變化。由於(yu) 這些固有缺陷會(hui) 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，由於(yu) 它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實現對特定材料的快速篩選。

2、氙弧燈:

  目前認為(wei) ，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與(yu) 陽光中紫外、可見光部分zui相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達地麵陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm近紅外區存在很強的輻射峰，會(hui) 產(chan) 生大量的熱。因此，必須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市麵上氙燈老化試驗 裝置有兩(liang) 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(you) 於(yu) 風冷式，但是水冷式氙燈老化試驗箱結構也更為(wei) 複雜，價(jia) 格也比較昂貴。由於(yu) 氙燈紫外線部分能量較另兩(liang) 種光源增加較少，在加速倍率方麵是zui低的。

3、陽光型碳弧燈:

  陽光型碳弧燈目前在我國應用得較少。

二、人工加速老化試驗條件如何選擇？

  即模擬哪些老化因素。

  高分子材料在使用過程中，氣候環境裏許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chan) 生作用。如果事先知道產(chan) 生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗方法。我們(men) 可以從(cong) 該材料的運輸、儲(chu) 存、使用環境以及其老化機理等方麵考慮，確定試驗方法。

  比如：我國在市場上有競爭(zheng) 力的一個(ge) 產(chan) 品：外貿出口鞋。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30W UV燈，樣品離光源20cm，照射3h後觀察顏色變化。同時，在運輸過程中，集裝箱內(nei) 悶熱、潮濕的惡劣環境會(hui) 引起鞋麵、鞋底、膠水的 變色、斑點，甚至是變質。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(nei) 高熱、高濕環境，在70℃、95％相對濕度的條件下，進行48h試驗後觀察外觀、顏色變化。

  比如：硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為(wei) 原料，添加穩定劑、顏料等助劑加工而成，主要用於(yu) 室外。從(cong) 聚氯乙烯的老化機理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從(cong) 使用環境考慮；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，既規定了光氧老化試驗方 法，采用GB/T 16422.2《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、濕度、降雨、溫度等因素，同時又規定了熱氧老化項目：加熱後狀態，150℃放置30min，目測觀察是否出現裂紋、氣泡、麻點或分離現象，以考察型材的耐熱性能。

三、試驗時間如何確定？

1、參照相關(guan) 產(chan) 品標準規定:

  相關(guan) 產(chan) 品標準裏已經對老化試驗的時間作出了規定，我們(men) 隻需查找到相關(guan) 標準，按裏麵規定的時間執行就行了。許多國家標準、行業(ye) 標準中都對此作出了規定。

2、根據已知的相關(guan) 性推算:

  研究表明：通過顏色和變黃指數變化來評價(jia) ABS的顏色穩定性，人工加速老化與(yu) 自然大氣暴露有較好的相關(guan) 性，加速倍率約為(wei) 7。如果想了解某一ABS材料戶外使用一年後的顏色變化，采用相同的試驗條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時間365x24/7=1251h。

  就相關(guan) 性間題大量的研究，得出了許許多多的換算關(guan) 係式。然而，由於(yu) 高分子材料的多樣性，加速老化試驗設備及方法的不同，不同時間、地區氣候的差異性導致了換算關(guan) 係的複雜化。因此，在選擇換算關(guan) 係時，一定要注意得出該相關(guan) 性的具體(ti) 材料、老化設備、試驗條件、性能評價(jia) 指標等因素。

3、控製人工加速老化輻射總量與(yu) 自然暴露輻射總量相當。對於(yu) 某些既無相應標準規定，又無處參考相關(guan) 性的產(chan) 品，可以考慮其實際使用環境的輻射強度，控製人工加速老化試驗的輻射總量與(yu) 自然暴露試驗輻射總量相當。

四、性能評價(jia) 指標如何選擇？

  選擇性能評價(jia) 指標主要從(cong) 材料本身特性及材料的用途兩(liang) 方麵來考慮。

1、根據材料用途確定評價(jia) 指標：

  對於(yu) 同樣的材料，根據其用途的不同，選擇的評價(jia) 指標可能也不同。

例如，對於(yu) 某些功能性塗料，如防腐塗料，一定程度的顏色、外觀變化是可以接受的，這時，選擇評價(jia) 指標時，主要考慮其粉化程度、耐開裂性等方麵。

  同樣是塗料，如果是用於(yu) 裝飾，就必須重點考慮其外觀的變化。在GB/T 1766-1995《色漆和清漆塗層老化的評級》中，詳細規定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評級方法。

  同樣是PVC（聚氯乙烯），如果如果是用於(yu) 雨落水管，對於(yu) 外觀變化要求就不高，而材料的物理機械性能變化，如拉伸強度變化是主要考核指標；而如果用於(yu) 製作鞋麵，就必須考慮其耐黃變性。

 2、根據材料本身特性確定評價(jia) 指標：

  就同一材料來說，在老化過程中不同性能的下降是不等速的，某些性能可能對環境條件敏感，老化、性能下降得zui快，則是引起材料破壞的主要因素，在選擇評價(jia) 指標時，應該選擇這些敏感性能。

  例如：對於(yu) 大部分工程塑料來說，衝(chong) 擊強度是自然老化試驗檢測中變化zui大、下降zui明顯的。因此，在進行工程塑料的老化測試時，應優(you) 先考慮選擇衝(chong) 擊強度下降作為(wei) 評價(jia) 指標。衝(chong) 擊強度對聚丙烯的老化同樣相當敏感，是考核老化性能的主要指標。

對於(yu) 聚氯乙烯，拉伸強度和衝(chong) 擊強度都下降得比較快，應根據實際情況，選擇其中一種來評價(jia) 。比如在輕工行業(ye) 標準QB /T2480-2000建築用硬聚氯乙烯（PVC -U）雨落水管材及管件中，選擇老化後拉伸強度保留率≥80％作為(wei) 合格判定指標；但在國標GB/ T8814-2004 《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，選擇老化後衝(chong) 擊強度保留率≥60％作為(wei) 合格判定指標。

  對於(yu) 聚乙烯材料來說，斷裂伸長率的下降zui為(wei) 明顯，是優(you) 先考慮的評價(jia) 指標。

  結語：人工加速老化試驗因能快速評價(jia) 材料老化性能、耐候性的需求而得到快速成長，已經從(cong) 作為(wei) 自然老化的重要補充到逐漸在許多行業(ye) 替代自然老化試驗作為(wei) 產(chan) 成品的檢驗手段，如何選擇試驗條件、光源、試驗時間、性能評價(jia) 指標等是人工加速老化試驗中經常遇到和需要統一的問題。