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氙燈老化試驗中常出現的四(si)類(lei)問題 

一、人工加速老化試驗(yan)條件的選擇:

這個問題實(shi)際上可以(yi)(yi)理(li)解(jie)為應該模擬哪(na)些老化(hua)(hua)因(yin)素，高分(fen)子(zi)材料(liao)(liao)在使用(yong)過程中(zhong)，氣(qi)候(hou)環(huan)境里許多因(yin)素都(dou)有可能(neng)對高分(fen)子(zi)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)老化(hua)(hua)產(chan)生作用(yong)。如果事先(xian)知道產(chan)生老化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)主要因(yin)素，就可以(yi)(yi)有針對性的(de)(de)(de)(de)(de)選(xuan)擇試驗方法(fa)(fa)。我們可以(yi)(yi)從(cong)該材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)運輸、儲存、使用(yong)環(huan)境以(yi)(yi)及其老化(hua)(hua)機理(li)等方面考(kao)慮(lv)，確定(ding)試驗方法(fa)(fa)。例(li)如硬(ying)聚(ju)氯乙(yi)烯型(xing)材，使用(yong)聚(ju)氯乙(yi)烯為原料(liao)(liao)，添加(jia)穩(wen)定(ding)劑、顏料(liao)(liao)等助劑加(jia)工(gong)而成(cheng)，主要用(yong)于(yu)室外。從(cong)聚(ju)氯乙(yi)烯的(de)(de)(de)(de)(de)老化(hua)(hua)機理(li)考(kao)慮(lv)，聚(ju)氯乙(yi)烯受熱易分(fen)解(jie)；從(cong)使用(yong)環(huan)境考(kao)慮(lv)；空氣(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)氧、紫外光、熱、水分(fen)都(dou)是引起型(xing)材老化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)原因(yin)。因(yin)此，國標(biao) GB/T8814-2004《門、窗(chuang)用未增(zeng)塑聚(ju)氯乙烯（PVC-U）型材》中，既(ji)規定了(le)光氧老(lao)化試驗方(fang)法，采用 GB/T16422.2《塑料(liao)實(shi)驗(yan)(yan)室光源曝露試驗(yan)(yan)方法第(di)二部分：氙弧燈》老化 4000h 或 6000h，模擬了室外紫外光及可(ke)見(jian)光、溫度(du)、濕度(du)、降雨等(deng)因素(su)，同時又規定了熱氧老化項目：加熱后(hou)狀態(tai)，150℃放置(zhi) 30min，目(mu)測(ce)觀(guan)察是否出現氣泡、裂紋、麻點或分離現象，以(yi)考察型(xing)材的(de)耐(nai)熱性能。又如(ru)我國在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)有競爭(zheng)力的(de)一個產品：外(wai)貿出(chu)口(kou)鞋(xie)。在(zai)使(shi)用(yong)過程中(zhong)，陽光中(zhong)的(de)紫外(wai)線是(shi)引起鞋(xie)子變色、褪(tun)色的(de)主要原因(yin)，因(yin)此(ci)，有必要用(yong)紫外燈箱對其進(jin)行耐黃(huang)變測試(shi)。常用(yong)的鞋類耐黃(huang)變試(shi)驗(yan)箱采用(yong) 30WUV 燈，樣品離(li)光源20cm，照射 3h 后觀察顏色變化(hua)。同時，在運輸(shu)過程中，集裝(zhuang)箱內悶熱、潮濕的惡劣環境(jing)會引(yin)起鞋面、鞋底、膠水的變色、斑點，甚至是變質。因此，在裝(zhuang)船運輸(shu)之(zhi)前，有必要考慮進(jin)行耐濕(shi)熱老化試驗，模(mo)擬集裝箱(xiang)內高熱、高濕(shi)環境，在 70℃、95％相(xiang)對濕度的條(tiao)件下(xia)，進行 48h 試(shi)驗(yan)后觀察外觀、顏色變化(hua)。

二、人工加速(su)老化光源的(de)選擇(ze):

實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)曝露(lu)試驗(yan)因為(wei)可以(yi)在(zai)(zai)一(yi)(yi)個(ge)(ge)試驗(yan)箱中(zhong)同時模(mo)擬大氣可見環境(jing)中(zhong)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)、氧(yang)、熱和降雨等因素(su)，是目前較為(wei)常用的(de)一(yi)(yi)種人(ren)工(gong)加(jia)速老化試驗(yan)方法，在(zai)(zai)這些模(mo)擬因素(su)中(zhong)，又以(yi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)為(wei)重要。經驗(yan)表明，陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)中(zhong)引(yin)起高(gao)分(fen)(fen)子材料破(po)環的(de)波(bo)長主要集中(zhong)在(zai)(zai)紫(zi)外(wai)線及部分(fen)(fen)可見光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。目前使(shi)用的(de)人(ren)工(gong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)都力圖使(shi)在(zai)(zai)此(ci)波(bo)長區(qu)間內的(de)能譜(pu)分(fen)(fen)布曲線與(yu)太陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)接近(jin)，模(mo)擬性(xing)和加(jia)速倍率是選擇人(ren)工(gong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)的(de)主要依(yi)據(ju)。經歷了約(yue)一(yi)(yi)個(ge)(ge)世紀的(de)發(fa)展，實(shi)(shi)驗(yan)室(shi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)已有封閉式碳(tan)弧(hu)(hu)燈、陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)型碳(tan)弧(hu)(hu)燈、熒光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)紫(zi)外(wai)燈、氙(xian)弧(hu)(hu)燈、高(gao)壓汞(gong)燈等各種光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)(yuan)供選擇。標(biao)準化組織(zhi)（ISO）中與(yu)高分子材(cai)料相關的各技術委(wei)員會(hui)主要推薦使(shi)用陽光(guang)型碳(tan)弧燈(deng)、熒光(guang)紫外燈(deng)、氙弧燈(deng)三(san)種光(guang)源(yuan)。

1、氙弧燈

目(mu)前(qian)認為(wei)，已知的人(ren)工光(guang)(guang)源中(zhong)氙弧燈的光(guang)(guang)譜能量分(fen)(fen)布(bu)與陽(yang)光(guang)(guang)中(zhong)紫外、可見光(guang)(guang)部分(fen)(fen)相(xiang)似。通(tong)過(guo)選擇合(he)適的濾光(guang)(guang)片，可以濾去(qu)大部分(fen)(fen)到達地面陽(yang)光(guang)(guang)中(zhong)存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm 近(jin)紅外(wai)區存在很強的(de)輻射feng，會產生大量(liang)的(de)熱。因(yin)此，須(xu)選擇合適的(de)冷(leng)卻裝置(zhi)帶走這部分(fen)(fen)能(neng)量(liang)。目前，市面上氙(xian)(xian)燈老(lao)化試驗裝置(zhi)有兩種(zhong)冷卻方式(shi)：水冷式(shi)和(he)風冷 式(shi)。一般來說，水冷式(shi)氙(xian)(xian)燈裝置(zhi)冷卻效果要(yao)優于風冷式(shi)，同時(shi)結構(gou)也(ye)較(jiao)(jiao)為復雜，價(jia)格(ge)也(ye)比較(jiao)(jiao)昂貴(gui)。由于氙(xian)(xian)燈紫外線(xian)部分(fen)(fen)能(neng)量(liang)較(jiao)(jiao)另兩種(zhong)光源(yuan)增加較(jiao)(jiao)少，在加速倍率(lv)方面是(shi)低的。2.2 熒(ying)光紫外燈(deng)

從理論上(shang)說，300nm~400nm 的(de)短(duan)波(bo)能(neng)量是引起老(lao)化的(de)主要因素。如(ru)果增(zeng)加這部分能(neng)量，就(jiu)能(neng)達到快(kuai)速試驗的(de)效果。熒光紫外(wai)燈的(de)光譜分布主要集中在紫外(wai)光部分，因此，可(ke)

以達到較高的(de)(de)加(jia)速倍率。然而(er)，熒光紫(zi)外(wai)燈不僅(jin)使自然日(ri)(ri)光中的(de)(de)紫(zi)外(wai)線能量(liang)增加(jia)，同時(shi)還有在(zai)地(di)球(qiu)表面測量(liang)時(shi)自然日(ri)(ri)光中沒有的(de)(de)輻射能量(liang)，而(er)這部(bu)分能量(liang)會引起非自然的(de)(de)破(po)壞。另外熒光光源除了很(hen)窄的水銀光譜線外，沒(mei)有高于(yu) 375nm 的(de)能量，這樣對較長波長的(de) UV 能(neng)量敏感的(de)材料就可能不會出(chu)現曝曬在自(zi)然日(ri)光(guang)下那樣變(bian)化(hua)。由于(yu)這些固有缺陷會導(dao)致(zhi)得出(chu)不可靠的(de)結果。因此，熒光(guang)紫外燈(deng)的(de)模擬性較(jiao)差。但是，由于(yu)它(ta)的(de)加速倍率高，通過選(xuan)擇合適(shi)型號的(de)燈(deng)管可實(shi)現對特定材料的(de)快速篩選(xuan)。

2、陽光型碳(tan)弧燈

陽光(guang)型碳(tan)弧燈目前在我國應(ying)用(yong)得(de)較少(shao)，但(dan)它在日本是廣泛使用(yong)的光(guang)源，大部(bu)分 JIS 標準(zhun)都(dou)采用陽光型碳(tan)弧燈。我國(guo)許多與(yu)日(ri)本合資的(de)汽(qi)車企(qi)業(ye)仍推薦使用這(zhe)種光源。陽光型碳(tan)弧燈光譜能量分布也較接近(jin)于太陽光，但在(zai) 370nm－390nm 紫外(wai)(wai)線集中(zhong)加(jia)強，模擬性不(bu)及氙(xian)燈，加(jia)速倍率介(jie)于氙(xian)燈及紫外(wai)(wai)燈之間(jian)。

三、試驗時間的確(que)定(ding):

1、參照相(xiang)關產品標準(zhun)規(gui)定

相關(guan)產品(pin)標準里已(yi)經對老(lao)化試驗的時(shi)間作出了規定，我們只(zhi)需查找到相關(guan)標準，按里面(mian)規定(ding)的時間執行就行了。許多國家標(biao)準、行業(ye)標(biao)準中(zhong)都對(dui)此(ci)作出了規定(ding)。表 1 列舉了一些常用產品標準(zhun)中(zhong)對老化(hua)時間的規(gui)定。3.2 根據已知的(de)相(xiang)關性推(tui)算

研究表(biao)明：通(tong)過顏色(se)和(he)變(bian)黃(huang)指數變(bian)化(hua)來(lai)評價 ABS 的顏色(se)穩定性，人工加速老化與自然大氣暴露有較好的相關性，加速倍率約為(wei) 7。如果(guo)想了解(jie)某一 ABS 材料戶外使用一年后的顏色變化(hua)，采用相同的試(shi)驗條件(jian)，可以參考該加(jia)速(su)倍(bei)率，確(que)定加(jia)速(su)老化(hua)時(shi)間365x24/7=1251h。

長期以來，國(guo)內外就相關性(xing)間(jian)(jian)題展開了大量的(de)研究，得(de)出了許許多(duo)多(duo)的(de)換算關系式。然而(er)，由(you)于高分(fen)子材料(liao)的(de)多(duo)樣性(xing)，加速老化試驗設備(bei)及方法的(de)不同，不同時(shi)間(jian)(jian)、地區氣候的(de)差異性(xing)導致(zhi)了換算關系的(de)復雜化。因(yin)此，在選擇(ze)換算關系時(shi)，一(yi)定要(yao)注意得(de)出該(gai)相關性(xing)的(de)具體材料(liao)、老化設備(bei)、試驗條件(jian)、性(xing)能(neng)評價指標等因(yin)素。

3、控制人工加(jia)速(su)老化輻射(she)總(zong)量與自然暴露(lu)輻射(she)總(zong)量相當

對于某(mou)些既無(wu)相(xiang)應標準規定(ding)，又無(wu)處(chu)參考(kao)相(xiang)關性(xing)的(de)(de)產(chan)品，可(ke)以(yi)考(kao)慮其(qi)實際使用(yong)環境的(de)(de)輻射強(qiang)度，控制人工加(jia)速老化輻射總量與自(zi)然暴(bao)露輻射總量相(xiang)當。

下面舉例(li)說明(ming)如(ru)何(he)控制人工(gong)加速老(lao)化總輻(fu)射量：

某(mou)一(yi)塑料(liao)制品使(shi)用于北京(jing)地區(qu)，期(qi)望控制人(ren)工加速(su)老化總(zong)輻射量與戶(hu)外暴露(lu)一(yi)年相當。

步：由(you)于(yu)該產品(pin)(pin)為塑料制品(pin)(pin)，且(qie)使用(yong)于(yu)戶外，選擇(ze)采用(yong) GB/T16422.2-1996《塑料實驗室光(guang)源曝露試驗方法第(di)二部(bu)分：氙(xian)弧(hu)燈(deng)》中 A 法。試驗條件為：輻(fu)照強(qiang)度 0.50W/m2

（340nm），黑(hei)板溫度(du) 65℃，箱體(ti)溫(wen)度 40℃，相對(dui)濕度 50％，噴水時間／不噴水時間 18min/102min，連續光(guang)照；

第二步：從(cong)表(biao) 2 可知北京地區一(yi)年輻射總(zong)量、為 5609MJ/m2，依據對比人工光(guang)源與自然(ran)陽光輻(fu)射光譜分布(bu)的準則 CIENo85-1989（見表(biao) 3，GB/T16422.1-1996《塑料實驗室光源(yuan)曝露試驗方法部分：氙弧燈(deng)》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：依據 GB/T16422.2-1996，340nm 輻照強(qiang)度為 0.50W/m2 時(shi)，紅外區與可見區部分 （300nm～800nm）輻照(zhao)強度(du)為 550W/m2；可計算出輻照(zhao)時間為3489X106/550=6.344X106s，即(ji) 1762h。依此計算方法，加(jia)速倍率約為 5。由于自(zi)然老化并不是(shi)簡單的(de)輻照強度的(de)疊加，只有在確定(ding)陽光(guang)是(shi)引(yin)起材料。

四、性能(neng)評價指標的選擇:

選擇(ze)性(xing)能評(ping)價指標主要從材(cai)料的用途及(ji)材(cai)料本身(shen)特性(xing)兩方面來考慮。4.1 根據材料(liao)用途(tu)確定評(ping)價指標(biao)

對于同(tong)樣的材料，由于其用途不(bu)同(tong)，可(ke)能選擇的評價指標也不(bu)同(tong)。例如，同(tong)樣是涂 料(liao)，如果(guo)是用于裝飾，就必須(xu)重點考慮(lv)其外(wai)觀(guan)的變化(hua)。在(zai) GB/T1766-1995《色漆和(he)清漆涂層老(lao)化(hua)的評(ping)級》中，詳細規定了光澤(ze)度、顏色變(bian)化(hua)、粉(fen)化(hua)、泛金等各種外觀變(bian)化(hua)的評(ping)級方法。

而對(dui)于某些功能性(xing)涂料，如防腐涂料，一定(ding)程(cheng)度的顏色、外觀變(bian)化是可以接受的，這時，選擇評價指(zhi)標(biao)時，主要考慮其耐開裂性(xing)、粉化程(cheng)度等(deng)方(fang)面。同樣是聚氯(lv)乙(yi)烯（PVC），如(ru)果用于制作(zuo)鞋(xie)面，就必須考慮其耐黃(huang)變(bian)(bian)性(xing)，而如(ru)果是用于雨落水管，對(dui)于外(wai)觀變(bian)(bian)化要求就不高，而材(cai)料的物理機械性(xing)能變(bian)(bian)化，如(ru)拉伸強度(du)變(bian)(bian)化是主要考核指標。4.2 根據材(cai)料本身特(te)性確定評價指標

就同一材料(liao)來(lai)說，在(zai)老(lao)化(hua)(hua)過程(cheng)(cheng)中不同性能(neng)的(de)下降(jiang)是(shi)不等速的(de)。換句話說，某些(xie)(xie)性能(neng)對環境敏(min)感(gan)，下降(jiang)得快，則是(shi)引起材料(liao)破壞的(de)主(zhu)要因素(su)、在(zai)選擇(ze)評價指標時(shi)，應(ying)該選擇(ze)這(zhe)些(xie)(xie)敏(min)感(gan)性能(neng)。研(yan)究表明(ming)：對于大部(bu)分工程(cheng)(cheng)塑(su)料(liao)來(lai)說，沖擊強度(du)是(shi)自(zi)然(ran)老(lao)化(hua)(hua)試驗檢測(ce)中變化(hua)(hua)大、下降(jiang)明(ming)顯的(de)。因此，在(zai)進行工程(cheng)(cheng)塑(su)料(liao)的(de)老(lao)化(hua)(hua)測(ce)試時(shi)，應(ying)優先考慮選擇(ze)沖擊強度(du)下降(jiang)作為評價指標。沖擊強度(du)對聚(ju)丙烯(xi)的(de)老(lao)化(hua)(hua)同樣相當敏(min)感(gan)[4]，是(shi)考核(he)老化性能(neng)的主(zhu)要指(zhi)(zhi) 標。對于聚乙(yi)烯材料來(lai)說，斷裂伸長(chang)率的下降(jiang)為明顯，是(shi)優(you)先考慮的評價指(zhi)(zhi)標。對于聚氯乙(yi)烯，拉伸強度和沖擊強度都(dou)下降(jiang)得比較快(kuai)，應根據實際情況，選擇其中一種來(lai)評價。在(zai)國標 GB/T8814-2004《門(men)、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，選擇老化后沖擊強度保留率≥60％作為合(he)格判定指標；在輕工行業標準(zhun) QB/T2480-2000 建筑用硬聚氯乙(yi)烯

（PVC-U）雨落水管(guan)材及管(guan)件中，選(xuan)擇老(lao)化(hua)后拉伸強度保(bao)留(liu)率≥80％作為合(he)格判定指標。

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