高分子材料耐候老化測試解讀

時間：2020/9/10閱讀：321

高分子材料在其合成、貯存及其加工和應(yīng)用的各個階段都可能發(fā)生變質(zhì)，即材料的性能變壞，例如泛黃、相對分子質(zhì)量下降、制品表面龜裂、光澤喪失，更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致沖擊強度、撓曲強度、拉伸強度和伸長率等力學(xué)性能大幅度下降，從而影響高分子材料制品的正常使用。這種現(xiàn)象稱為塑料的化學(xué)老化，簡稱老化。從化學(xué)的角度上看，塑料材料無論是天然的還是合成的，都具有一定的分子結(jié)構(gòu)，其中某些部位具有一些弱鍵，這些弱鍵自然地成為化學(xué)反應(yīng)的突破口。

塑料老化的本質(zhì)無非是一種化學(xué)反應(yīng)，即以弱鍵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（例如氧化反應(yīng)）為起點并引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)。它可以由許多原因引起，例如熱、紫外光、機械應(yīng)力、高能輻射、電場等等，可以單*種因素，也可以多種因素共同作用。其結(jié)果是高分子材料的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變及相對分子質(zhì)量下降或產(chǎn)生交聯(lián)，從而材料性能變壞，以至無法使用。
常見的致老化因素為熱和紫外光，因為塑料從生產(chǎn)、貯存、加工到制品使用接觸多的環(huán)境便是熱和陽光（紫外光）。研究由這兩類環(huán)境造成的塑料老化對于實際操作者具有特別重要的意義。

一、碳弧燈光老化試驗方法
碳弧燈是一種較古老的技術(shù)，碳弧儀器被德國合成染料化學(xué)家用來評估被染紡織品的耐光度。碳弧燈分為封閉式和開放式碳弧燈，無論哪種碳弧燈，其譜圖與太陽光的譜圖相差都比較大。由于該項目技術(shù)的歷史較長，初的人工模擬光老化技術(shù)都是采用該設(shè)備，因此在早些的標(biāo)準(zhǔn)中還能見到該方法，尤其是在日本的早期標(biāo)準(zhǔn)中常常采用碳弧燈技術(shù)作為人工光老化試驗手段。
二、氙燈光老化試驗方法
氙弧燈能模擬完整的全太陽光光譜，它包括了紫外光、可見光和紅外光光譜。經(jīng)過過濾的氙弧燈是測試顏料、染料和油墨等產(chǎn)品的光穩(wěn)定性的光源，這些產(chǎn)品對太陽光中的長波光和可見光很敏感。氙弧燈可以精確調(diào)節(jié)其光譜能量分布，可以模擬各種條件下的自然光，從大氣層外的太陽光到透過玻璃窗的日光等。另外，通過改變氙燈的輻照強度、溫度、濕度等參數(shù)，可以模擬不同產(chǎn)品的使用環(huán)境，如汽車內(nèi)外等。圖為氙燈不同輻照度與自然光的光譜對比，其中光強0.55w/m2與自然光相近。目前使用氙燈進(jìn)行人工加速老化試驗已成為一種通用的光老化試驗方法，而且相應(yīng)的氙燈老化試驗方法也很多，如ISO、ASTM、SAE J、GM等。
氙燈老化試驗箱是測試耐光性、日曬色牢度和耐候性的試驗箱，再現(xiàn)戶外陽光曝曬和雨水帶來的破壞。氙弧燈很好地模擬了全光譜太陽光。如果操作得當(dāng)，濾光器可以長期使用。
氙燈老化試驗箱可以精確控制光譜輸出、輻照度、相對濕度、箱體空氣溫度和黑板/黑標(biāo)溫度。3D樣品可以很方便地放置在Xe-1和Xe-3的水平樣品架上。薄樣品可以安裝在Xe-2的垂直轉(zhuǎn)鼓式樣品架上，設(shè)備有可選配水噴淋和制冷機功能。老化試驗箱是目前簡單、可靠、易于使用的氙燈老化試驗箱。
三、紫外熒光燈光老化試驗方法
熒光紫外燈是波長為254nm的低壓汞燈，由于加入磷共存物使其轉(zhuǎn)換成較長的波長，熒光紫外燈的能量分布取決于磷共存物產(chǎn)生的發(fā)射光譜和玻璃管的傳擴(kuò)。熒光燈分為UVA與UVB，你的暴露應(yīng)用決定了應(yīng)該使用哪一類的紫外燈管。
四、金屬鹵素光老化試驗方法
金屬鹵素?zé)羰且环N氣體放電燈，利用金屬鹵化物通電可以提供與直射和散射非常相似的光譜能量的分布。該方法具有高效性，通過對多個放射光源一定的放置方式，可以產(chǎn)生單一的照射光源效果。金屬鹵素?zé)舻墓庾V分布與地球表面接收到的太陽光非常相似，但由于金屬鹵素?zé)粢?guī)模比較大，主要適用于汽車整車及其零部件及電工電子產(chǎn)品等大型設(shè)備的人工光老化加速試驗。

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