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材料耐候老化测试的全面解读

浏览次数: | 2020-10-21 10:05

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  高分子材料在其合成、贮存及其加工和最终应用的各个阶段都可能发生变质,即材料的性能变坏,例如泛黄、相对分子质量下降、制品表面龟裂、光泽丧失,更为严重的是导致冲击强度、挠曲强度、拉伸强度和伸长率等力学性能大幅度下降,从而影响高分子材料制品的正常使用。这种现象称为塑料的化学老化,简称老化。从化学的角度上看,塑料材料无论是天然的还是合成的,都具有一定的分子结构,其中某些部位具有一些弱键,这些弱键自然地成为化学反应的突破口。
 
  塑料老化的本质无非是一种化学反应,即以弱键发生化学反应(例如氧化反应)为起点并引发一系列化学反应。它可以由许多原因引起,例如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等等,可以单独一种因素,也可以多种因素共同作用。其结果是高分子材料的分子结构发生改变及相对分子质量下降或产生交联,从而材料性能变坏,以至无法使用。
 
  最常见的致老化因素为热和紫外光,因为塑料从生产、贮存、加工到制品使用接触最多的环境便是热和阳光(紫外光)。研究由这两类环境造成的塑料老化对于实际操作者具有特别重要的意义。
 
材料耐候老化测试的全面解读
 
  为什么做老化测试
 
  1、材料、配方的筛选
 
  2、竞争对手间的比较
 
  3、寻求失效机理
 
  4、提高耐老化性能
 
  5、寿命预估
 
  户外暴晒的优点与不足
 
  户外直接曝光是指直接暴露在日光和其它的气候条件下,是最直接评估材料耐候性能的方法。
 
  优点:
 
  吻合性很好
 
  简单,易于操作
 
  绝对成本低
 
  缺点:
 
  通常周期非常长
 
  全球气候多样性
 
  不同样品在不同气候下敏感性不一致
 
  一、碳弧灯光老化试验方法
 
  碳弧灯是一种较古老的技术,碳弧仪器最初被德国合成染料化学家用来评估被染纺织品的耐光度。碳弧灯分为封闭式和开放式碳弧灯,无论哪种碳弧灯,其谱图与太阳光的谱图相差都比较大。由于该项目技术的历史较长,最初的人工模拟光老化技术都是采用该设备,因此在早些的标准中还能见到该方法,尤其是在日本的早期标准中常常采用碳弧灯技术作为人工光老化试验手段。
 
  二、氙灯光老化试验方法
 
  氙弧灯能模拟完整的全太阳光光谱,它包括了紫外光、可见光和红外光光谱。经过过滤的氙弧灯是测试颜料、染料和油墨等产品的光稳定性的最佳光源,这些产品对太阳光中的长波光和可见光很敏感。氙弧灯可以精确调节其光谱能量分布,可以模拟各种条件下的自然光,从大气层外的太阳光到透过玻璃窗的日光等。另外,通过改变氙灯的辐照强度、温度、湿度等参数,可以模拟不同产品的使用环境,如汽车内外等。图为氙灯不同辐照度与自然光的光谱对比,其中光强0.55 W/m2与自然光最为相近。目前使用氙灯进行人工加速老化试验已成为一种首选的、通用的光老化试验方法,而且相应的氙灯老化试验方法也很多,如ISO、ASTM、SAE J、GM等。
 
  三、紫外荧光灯光老化试验方法
 
  荧光紫外灯是波长为254nm的低压汞灯,由于加入磷共存物使其转换成较长的波长,荧光紫外灯的能量分布取决于磷共存物产生的发射光谱和玻璃管的传扩。荧光灯分为UVA与UVB,你的暴露应用决定了应该使用哪一类的紫外灯管。下表为UV灯管的分类与适用范围。
 
  四、金属卤素光老化试验方法
 
  金属卤素灯是一种气体放电灯,利用金属卤化物通电可以提供与直射和散射非常相似的光谱能量的分布。该方法具有高效性,通过对多个放射光源一定的放置方式,可以产生单一的照射光源效果。金属卤素灯的光谱分布与地球表面接收到的太阳光非常相似,但由于金属卤素灯规模比较大,主要适用于汽车整车及其零部件及电工电子产品等大型设备的人工光老化加速试验。

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