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氙燈老化試驗中常出(chu)現的四類問(wen)題 

一、人工加速老化試驗條件的選擇:

這個問題實際上可以(yi)(yi)理(li)解(jie)為應(ying)該模(mo)擬哪(na)些(xie)老化(hua)(hua)因(yin)(yin)素，高分子材料在使(shi)用(yong)(yong)過程中，氣候環境(jing)(jing)里許多因(yin)(yin)素都有可能(neng)對高分子材料的(de)(de)老化(hua)(hua)產生作用(yong)(yong)。如果事先知(zhi)道產生老化(hua)(hua)的(de)(de)主要(yao)(yao)因(yin)(yin)素，就可以(yi)(yi)有針(zhen)對性的(de)(de)選擇試(shi)驗方(fang)法(fa)。我們可以(yi)(yi)從(cong)該材料的(de)(de)運輸、儲存、使(shi)用(yong)(yong)環境(jing)(jing)以(yi)(yi)及其老化(hua)(hua)機理(li)等方(fang)面考(kao)(kao)慮(lv)(lv)，確(que)定試(shi)驗方(fang)法(fa)。例如硬聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)(xi)型材，使(shi)用(yong)(yong)聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)(xi)為原料，添加穩(wen)定劑、顏(yan)料等助劑加工而成(cheng)，主要(yao)(yao)用(yong)(yong)于室外(wai)。從(cong)聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)(xi)的(de)(de)老化(hua)(hua)機理(li)考(kao)(kao)慮(lv)(lv)，聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)(xi)受(shou)熱易(yi)分解(jie)；從(cong)使(shi)用(yong)(yong)環境(jing)(jing)考(kao)(kao)慮(lv)(lv)；空氣中的(de)(de)氧、紫外(wai)光、熱、水(shui)分都是(shi)引起型材老化(hua)(hua)的(de)(de)原因(yin)(yin)。因(yin)此，國標 GB/T8814-2004《門、窗用未增(zeng)塑(su)聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規定(ding)了光氧老化試(shi)驗方法，采用(yong) 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(ni)了(le)室(shi)外紫外光(guang)及可(ke)見光(guang)、溫度(du)、濕度(du)、降雨等因素，同時又規定了(le)熱氧老化項目：加(jia)熱后(hou)狀(zhuang)態(tai)，150℃放置 30min，目測(ce)觀察是(shi)否出現氣泡、裂紋、麻點或分離現象(xiang)，以考察型(xing)材(cai)的(de)耐熱(re)性(xing)能(neng)。又如我國在市場上有競(jing)爭力的(de)一個產品(pin)：外貿出口鞋(xie)。在使用(yong)過程(cheng)中(zhong)，陽光中(zhong)的(de)紫外線是(shi)引起鞋(xie)子變(bian)色、褪色的(de)主要原因，因此，有必要用紫外燈箱對(dui)其進行耐黃(huang)變(bian)測試。常(chang)用的鞋(xie)類耐黃(huang)變(bian)試驗箱采用 30WUV 燈，樣品離(li)光源(yuan)20cm，照射 3h 后觀察顏色變(bian)(bian)化。同(tong)時，在(zai)運輸(shu)過程中，集(ji)裝箱內(nei)悶熱、潮濕的(de)惡劣(lie)環境會引起鞋面、鞋底、膠(jiao)水的(de)變(bian)(bian)色、斑點，甚至(zhi)是(shi)變(bian)(bian)質。因(yin)此，在(zai)裝船運輸(shu)之前(qian)，有必要考慮進行(xing)耐濕熱老(lao)化試(shi)驗，模擬(ni)集裝箱內(nei)高熱、高濕環(huan)境，在 70℃、95％相對(dui)濕度的條(tiao)件下，進行 48h 試驗后觀(guan)察外觀(guan)、顏色變化。

二、人工加(jia)速老化光源的選擇:

實驗室光(guang)(guang)源曝露試(shi)驗因(yin)為可(ke)以在(zai)一個試(shi)驗箱(xiang)中(zhong)同(tong)時模擬(ni)大氣可(ke)見(jian)環境(jing)中(zhong)的(de)光(guang)(guang)、氧、熱和降(jiang)雨等因(yin)素，是(shi)目(mu)前(qian)(qian)較為常用(yong)的(de)一種人(ren)(ren)工(gong)加速老(lao)化試(shi)驗方法，在(zai)這些模擬(ni)因(yin)素中(zhong)，又以光(guang)(guang)源為重(zhong)要(yao)。經(jing)(jing)驗表(biao)明，陽(yang)光(guang)(guang)中(zhong)引起(qi)高(gao)分(fen)子材料破(po)環的(de)波長(chang)主要(yao)集中(zhong)在(zai)紫外線及部分(fen)可(ke)見(jian)光(guang)(guang)。目(mu)前(qian)(qian)使(shi)用(yong)的(de)人(ren)(ren)工(gong)光(guang)(guang)源都(dou)力(li)圖(tu)使(shi)在(zai)此波長(chang)區間內的(de)能譜分(fen)布曲線與太陽(yang)光(guang)(guang)譜接近，模擬(ni)性和加速倍率(lv)是(shi)選擇人(ren)(ren)工(gong)光(guang)(guang)源的(de)主要(yao)依據。經(jing)(jing)歷了(le)約(yue)一個世紀的(de)發展，實驗室光(guang)(guang)源已有封閉式碳(tan)弧(hu)(hu)燈、陽(yang)光(guang)(guang)型碳(tan)弧(hu)(hu)燈、熒光(guang)(guang)紫外燈、氙弧(hu)(hu)燈、高(gao)壓汞燈等各種光(guang)(guang)源供(gong)選擇。標準(zhun)化組(zu)織（ISO）中與高分子材料相(xiang)關(guan)的各技術委員會主要推薦使(shi)用陽光(guang)型碳弧燈、熒光(guang)紫外燈、氙弧燈三種(zhong)光(guang)源。

1、氙弧(hu)燈

目前認為，已(yi)知的人工光(guang)源中(zhong)氙弧燈的光(guang)譜能(neng)量分布與(yu)陽(yang)(yang)光(guang)中(zhong)紫外(wai)、可見光(guang)部分相似。通(tong)過(guo)選(xuan)擇合(he)適的濾光(guang)片(pian)，可以濾去(qu)大(da)部分到達(da)地面(mian)陽(yang)(yang)光(guang)中(zhong)存在(zai)的短波輻射。氙燈在(zai)1000nm~1200nm 近(jin)紅外區存在很強的輻射feng，會(hui)產生大量的熱。因(yin)此，須選(xuan)擇合適的冷卻裝(zhuang)置帶走(zou)這部(bu)分能量。目前，市面(mian)(mian)上氙(xian)(xian)燈(deng)(deng)老化(hua)試驗裝(zhuang)置有兩種(zhong)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)方式(shi)：水(shui)冷(leng)(leng)(leng)式(shi)和風(feng)(feng)冷(leng)(leng)(leng) 式(shi)。一般來說，水(shui)冷(leng)(leng)(leng)式(shi)氙(xian)(xian)燈(deng)(deng)裝(zhuang)置冷(leng)(leng)(leng)卻(que)效果要(yao)優于風(feng)(feng)冷(leng)(leng)(leng)式(shi)，同(tong)時結構也較(jiao)(jiao)為復雜(za)，價格也比較(jiao)(jiao)昂貴。由于氙(xian)(xian)燈(deng)(deng)紫(zi)外線部(bu)分能量較(jiao)(jiao)另兩種(zhong)光源增加較(jiao)(jiao)少，在加速倍率方面(mian)(mian)是低(di)的(de)。2.2 熒光紫外燈

從理(li)論上(shang)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(fen)能量，就能達(da)到快速試驗的效果。熒光紫(zi)(zi)外燈的光譜分(fen)布主要集中在紫(zi)(zi)外光部分(fen)，因此，可(ke)

以(yi)達到較高的(de)加速(su)倍(bei)率(lv)。然而，熒光(guang)紫外燈(deng)不僅使自然日光(guang)中的(de)紫外線(xian)能量(liang)(liang)增加，同時還有(you)在(zai)地球表(biao)面(mian)測量(liang)(liang)時自然日光(guang)中沒有(you)的(de)輻射能量(liang)(liang)，而這部分能量(liang)(liang)會引起非(fei)自然的(de)破壞。另(ling)外熒光光源(yuan)除了很窄的(de)水銀光譜線外，沒(mei)有高(gao)于 375nm 的能量，這樣對較長波長的 UV 能量敏感的(de)材料(liao)就(jiu)可能不(bu)會出現曝曬在自然日光(guang)(guang)下(xia)那樣(yang)變(bian)化。由于這些固有缺陷(xian)會導致得出不(bu)可靠(kao)的(de)結果(guo)。因(yin)此，熒(ying)光(guang)(guang)紫外燈的(de)模擬性(xing)較差。但是，由于它的(de)加速倍率高，通過選擇合適型(xing)號(hao)的(de)燈管(guan)可實現對(dui)特(te)定材料(liao)的(de)快速篩選。

2、陽光型(xing)碳弧燈

陽光(guang)型碳弧燈目前(qian)在(zai)我國應(ying)用(yong)得較少，但它在(zai)日本是廣(guang)泛使用(yong)的光(guang)源(yuan)，大(da)部分 JIS 標準都采用陽光(guang)型碳(tan)弧燈。我國許多與(yu)日本合(he)資的汽車企(qi)業(ye)仍推薦使用這種光(guang)源。陽光(guang)型碳(tan)弧燈光(guang)譜(pu)能量分布也較接近于太陽光(guang)，但(dan)在 370nm－390nm 紫(zi)外(wai)線集中加強，模擬性不(bu)及氙(xian)燈(deng)，加速倍率(lv)介于氙(xian)燈(deng)及紫(zi)外(wai)燈(deng)之(zhi)間。

三(san)、試驗時間的確定:

1、參照相關產品(pin)標準(zhun)規定

相關(guan)產(chan)品標(biao)準里已(yi)經對老化試(shi)驗的時間作(zuo)出(chu)了規定，我們(men)只需查找到相關(guan)標(biao)準，按里面(mian)規定的時間執行(xing)就行(xing)了。許多國(guo)家標準(zhun)、行(xing)業(ye)標準(zhun)中都對此作出了規定。表 1 列舉了(le)一些常用產品標準中對老化時間(jian)的規定。3.2 根據已知的(de)相關性推(tui)算

研(yan)究表明：通過(guo)顏色和變(bian)(bian)黃指數變(bian)(bian)化(hua)來評(ping)價 ABS 的顏色穩定性，人(ren)工加速(su)老化與(yu)自(zi)然(ran)大(da)氣暴露有較(jiao)好的相(xiang)關性，加速(su)倍率(lv)約為(wei) 7。如(ru)果想了解某一 ABS 材(cai)料戶(hu)外使(shi)用一年(nian)后的顏色變化(hua)，采用相同的試驗(yan)條件，可以參考該加速倍率，確(que)定(ding)加速老化(hua)時間365x24/7=1251h。

長期以(yi)來，國內外就相(xiang)關(guan)性間題(ti)展開了(le)大(da)量的(de)研究，得(de)出(chu)了(le)許許多多的(de)換算關(guan)系(xi)式(shi)。然而，由于高分子材料的(de)多樣性，加速(su)老化(hua)(hua)試驗設(she)備(bei)及方法的(de)不同，不同時(shi)間、地(di)區氣候的(de)差(cha)異性導致了(le)換算關(guan)系(xi)的(de)復雜化(hua)(hua)。因此，在選(xuan)擇換算關(guan)系(xi)時(shi)，一定要注意得(de)出(chu)該相(xiang)關(guan)性的(de)具體(ti)材料、老化(hua)(hua)設(she)備(bei)、試驗條件、性能評價指標(biao)等因素。

3、控(kong)制人工加速老化(hua)輻(fu)射總量與自然暴露輻(fu)射總量相當

對于某些既無相應標準規定，又無處參考(kao)相關性(xing)的(de)產品(pin)，可以(yi)考(kao)慮其實際使用(yong)環境的(de)輻(fu)射(she)強度，控(kong)制人(ren)工加速老化(hua)輻(fu)射(she)總(zong)量(liang)與自然暴露輻(fu)射(she)總(zong)量(liang)相當。

下面(mian)舉例說明如何控制(zhi)人工(gong)加速老(lao)化總輻(fu)射量(liang)：

某一塑(su)料制(zhi)(zhi)品使用于北京地區，期望控制(zhi)(zhi)人(ren)工加(jia)速(su)老化總輻(fu)射量與戶外暴露(lu)一年相當。

步：由(you)于該產品(pin)為塑料制品(pin)，且使(shi)用于戶外，選擇采(cai)用 GB/T16422.2-1996《塑(su)料實驗(yan)室光源曝(pu)露試驗(yan)方法第二部分：氙弧燈》中 A 法。試(shi)驗條(tiao)件(jian)為：輻照強(qiang)度(du) 0.50W/m2

（340nm），黑板溫度(du) 65℃，箱(xiang)體溫(wen)度 40℃，相對濕(shi)度 50％，噴水時(shi)間／不噴水時(shi)間 18min/102min，連續光照(zhao)；

第二步：從表 2 可知北京地區一年輻射總量、為 5609MJ/m2，依據對比人工光源與自然陽光(guang)輻射光(guang)譜分布(bu)的準則(ze) CIENo85-1989（見表(biao) 3，GB/T16422.1-1996《塑(su)料實驗(yan)室光源曝(pu)露試驗(yan)方法部(bu)分(fen)：氙弧燈》中引(yin)用）；其中紫(zi)外區與可見區部分（300nm－ 800nm）占 62.2%，即 3489MJ/m2。

第三步(bu)：依據 GB/T16422.2-1996，340nm 輻照強度為 0.50W/m2 時，紅外區與(yu)可(ke)見區部分 （300nm～800nm）輻(fu)照(zhao)強(qiang)度為(wei) 550W/m2；可計算出輻照時間為(wei)3489X106/550=6.344X106s，即(ji) 1762h。依此計算方法(fa)，加速倍率(lv)約(yue)為 5。由于(yu)自然老化并不是(shi)簡單的輻照強(qiang)度的疊加，只(zhi)有在確定(ding)陽光是(shi)引起(qi)材料(liao)。

四、性能評價指標的選擇(ze):

選擇性能(neng)評價指標主要從材料的用途及(ji)材料本(ben)身特性兩方(fang)面來考慮(lv)。4.1 根據(ju)材(cai)料(liao)用途(tu)確(que)定評價指標

對于(yu)同樣的(de)材料，由于(yu)其用途不(bu)(bu)同，可(ke)能選擇的(de)評價指(zhi)標也不(bu)(bu)同。例如，同樣是涂 料，如果是用(yong)于裝飾，就必須重(zhong)點考(kao)慮其外觀的變化(hua)。在 GB/T1766-1995《色漆(qi)和清漆(qi)涂層老(lao)化(hua)的評(ping)級(ji)》中，詳細規定了光澤(ze)度、顏色變化(hua)、粉化(hua)、泛金等各種外(wai)觀變化(hua)的評(ping)級(ji)方(fang)法。

而對于某些(xie)功(gong)能性(xing)涂料(liao)，如防腐涂料(liao)，一定程度(du)的(de)(de)顏(yan)色、外觀變化(hua)是可以接受的(de)(de)，這時(shi)，選(xuan)擇評價指標時(shi)，主要考慮其耐開(kai)裂性(xing)、粉化(hua)程度(du)等方面。同樣是聚氯乙烯(xi)（PVC），如果用于制(zhi)作鞋面，就(jiu)必須考(kao)(kao)慮(lv)其耐黃變(bian)性(xing)，而如果是用于雨落水管，對于外(wai)觀變(bian)化要求就(jiu)不高(gao)，而材料(liao)的物(wu)理機械性(xing)能變(bian)化，如拉伸強度變(bian)化是主要考(kao)(kao)核(he)指標。4.2 根據材料(liao)本身特性確定評價指標

就同(tong)一材(cai)料來說(shuo)，在老(lao)(lao)化(hua)(hua)過(guo)程(cheng)中不(bu)同(tong)性(xing)能(neng)的(de)下(xia)(xia)(xia)降(jiang)是不(bu)等速的(de)。換句話說(shuo)，某些性(xing)能(neng)對環境敏(min)感，下(xia)(xia)(xia)降(jiang)得(de)快，則是引起材(cai)料破壞的(de)主要(yao)因素、在選(xuan)擇(ze)評價(jia)指標(biao)時，應該(gai)選(xuan)擇(ze)這些敏(min)感性(xing)能(neng)。研究表明(ming)(ming)：對于(yu)大部分(fen)工程(cheng)塑料來說(shuo)，沖擊強度是自(zi)然(ran)老(lao)(lao)化(hua)(hua)試(shi)驗檢測中變化(hua)(hua)大、下(xia)(xia)(xia)降(jiang)明(ming)(ming)顯的(de)。因此，在進行工程(cheng)塑料的(de)老(lao)(lao)化(hua)(hua)測試(shi)時，應優(you)先考慮選(xuan)擇(ze)沖擊強度下(xia)(xia)(xia)降(jiang)作為評價(jia)指標(biao)。沖擊強度對聚丙烯的(de)老(lao)(lao)化(hua)(hua)同(tong)樣相(xiang)當敏(min)感[4]，是考核老化(hua)性(xing)能(neng)的主要指(zhi) 標。對(dui)于(yu)聚(ju)乙烯材(cai)料來說，斷裂伸(shen)長率(lv)的下降為明(ming)顯，是優先考慮(lv)的評(ping)價(jia)指(zhi)標。對(dui)于(yu)聚(ju)氯乙烯，拉伸(shen)強(qiang)度(du)和沖擊強(qiang)度(du)都下降得(de)比較快，應根據實(shi)際情(qing)況，選擇其中一種來評(ping)價(jia)。在國標 GB/T8814-2004《門、窗(chuang)用(yong)未增(zeng)塑聚(ju)氯乙烯（PVC-U）型材》中，選(xuan)擇老化后沖(chong)擊強度保留率≥60％作(zuo)為合格判定指標(biao)；在輕(qing)工行業標(biao)準(zhun) QB/T2480-2000 建筑(zhu)用硬聚氯乙烯(xi)

（PVC-U）雨落水管材及管件(jian)中，選擇老化后拉伸(shen)強(qiang)度保留(liu)率≥80％作為合格判定指(zhi)標。

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