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人工加速老化试验中常见问题【上海弘懿】

发布时间:2018-07-04 23:38:09 来源:欧贝特检测设备 浏览:

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人工加速老化试验中常见问题【上海弘懿】 塑料、橡胶、涂料等高份子材料在使用进程中会遇到老化的问题。为评价高份子材料的耐老化性能,逐步构成了两类老化实验方法:1类是自然老化实验方法,即直接利用自然环境进行的老化实验;另外一类是人工加速老化实验方法,即在实验室利用老化箱摹拟自然环境条件的某些老化因素进行的老化实验。由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性,自然老化无疑是最重要最可靠的老化实验方法。 但是,由于自然老化周期相对较长,不同年份、季节、地区气候条件的差异性致使了实验结果的不可比性;而人工加速老化实验摹拟强化了自然气候中的某些重要因素,如阳光、温度、湿度、降雨等,缩短了老化实验的周期,且由于实验条件的可控性,实验结果再现性强

塑料、橡胶、涂料等高份子材料在使用进程中会遇到老化的问题。为评价高份子材料的耐老化性能,逐步构成了两类老化实验方法:1类是自然老化实验方法,即直接利用自然环境进行的老化实验;另外一类是人工加速老化实验方法,即在实验室利用老化箱摹拟自然环境条件的某些老化因素进行的老化实验。由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性,自然老化无疑是最重要最可靠的老化实验方法。

但是,由于自然老化周期相对较长,不同年份、季节、地区气候条件的差异性致使了实验结果的不可比性;而人工加速老化实验摹拟强化了自然气候中的某些重要因素,如阳光、温度、湿度、降雨等,缩短了老化实验的周期,且由于实验条件的可控性,实验结果再现性强。人工老化作为自然老化的重要补充,正广泛应用于高份子材料的研究、开发、检测中。

人工加速老化试验中常见问题【上海弘懿】

在人工加速老化实验进程中,人们普遍会关心以下几个问题:

a)应当选择甚么样的实验条件?

b)进行多长时间的实验?

c)该选择甚么指标来评价该产品的老化性能?


  1人工加速老化实验条件的选择
  这个问题实际上可以理解为应当摹拟哪些老化因素,高份子材料在使用进程中,气候环境里许多因素都有可能对高份子材料的老化产生作用。如果事前知道产生老化的主要因素,就能够有针对性的选择实验方法。我们可以从该材料的运输、贮存、使用环境和其老化机理等方面斟酌,肯定实验方法。例如硬聚氯乙烯型材,使用聚氯乙烯为原料,添加稳定剂、颜料等助剂加工而成,主要用于室外。从聚氯乙烯的老化机理斟酌,聚氯乙烯受热易分解;从使用环境斟酌;空气中的氧、紫外光、热、水份都是引发型材老化的缘由。因此,国标GB/T8814⑵004《门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》中,既规定了光氧老化实验方法,采取GB/T16422.2《塑料实验室光源曝露实验方法第2部份:氙弧灯》老化4000h或6000h,摹拟了室外紫外光及可见光、温度、湿度、降雨等因素,同时又规定了热氧老化项目:加热后状态,150℃放置30min,目测视察是不是出现气泡、裂纹、麻点或分离现象,以考察型材的耐热性能。又如我国在国际市场上有竞争力的1个产品:外贸出口鞋。在使用进程中,阳光中的紫外线是引发鞋子变色、退色的主要缘由,因此,有必要用紫外灯箱对其进行耐黄变测试。经常使用的鞋类耐黄变实验箱采取30WUV灯,样品离光源20cm,照耀3h后视察色彩变化。同时,在运输进程中,集装箱内闷热、湿润的卑劣环境会引发鞋面、鞋底、胶水的变色、斑点,乃至是变质。因此,在装船运输之前,有必要斟酌进行耐湿热老化实验,摹拟集装箱内高热、高湿环境,在70℃、95%相对湿度的条件下,进行48h实验后视察外观、色彩变化。


  2人工加速老化光源的选择
  实验室光源曝露实验由于可以在1个实验箱中同时摹拟大气可见环境中的光、氧、热和降雨等因素,是目前较为经常使用的1种人工加速老化实验方法,在这些摹拟因素中,又以光源最为重要。经验表明,阳光中引发高份子材料破环的波长主要集中在紫外线及部份可见光。目前使用的人工光源都力图使在此波长区间内的能谱散布曲线与太阳光谱接近,摹拟性和加速倍率是选择人工光源的主要根据。经历了约1个世纪的发展,实验室光源已有封闭式碳弧灯、阳光型碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯、高压汞灯等各种光源供选择。国际标准化组织(ISO)中与高份子材料相干的各技术委员会主要推荐使用阳光型碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯3种光源。
  2.1氙弧灯
  目前认为,已知的人工光源中氙弧灯的光谱能量散布与阳光中紫外、可见光部份最类似。通过选择适合的滤光片,可以滤去大部份到达地面阳光中存在的短波辐射。氙灯在1000nm~1200nm近红外区存在很强的辐射峰,会产生大量的热。因此,须选择适合的冷却装置带走这部份能量。目前,市面上氙灯老化实验装置有两种冷却方式:水冷式和风冷式。1般来讲,水冷式氙灯装置冷却效果要优于风冷式,同时结构也较为复杂,价格也比较昂贵。由于氙灯紫外线部份能量较另两种光源增加较少,在加速倍率方面是最低的。

2.2荧光紫外灯
  从理论上说,300nm~400nm的短波能量是引发老化的主要因素。如果增加这部份能量,就可以到达快速实验的效果。荧光紫外灯的光谱散布主要集中在紫外光部份,因此,可以到达较高的加速倍率。但是,荧光紫外灯不但使自然日光中的紫外线能量增加,同时还有在地球表面丈量时自然日光中没有的辐射能量,而这部份能量会引发非自然的破坏。另外荧光光源除很窄的水银光谱线外,没有高于375nm的能量,这样对较长波长的UV能量敏感的材料便可能不会出现曝晒在自然日光下那样变化。由于这些固有缺点会致使得出不可靠的结果。因此,荧光紫外灯的摹拟性较差。但是,由于它的加速倍率高,通过选择适合型号的灯管可实现对特定材料的快速挑选。

人工加速老化试验中常见问题【上海弘懿】

2.3阳光型碳弧灯
  阳光型碳弧灯目前在我国利用得较少,但它在日本是广泛使用的光源,大部份JIS标准都采取阳光型碳弧灯。我国许多与日本合资的汽车企业仍推荐使用这类光源。阳光型碳弧灯光谱能量散布也较接近于太阳光,但在370nm⑶90nm紫外线集中加强,摹拟性不及氙灯,加速倍率介于氙灯及紫外灯之间


  3实验时间的肯定
  3.1参照相干产品标准规定
  相干产品标准里已对老化实验的时间作出了规定,我们只需查找到相干标准,按里面规定的时间履行就好了。许多国家标准、行业标准中都对此作出了规定。

3.2根据已知的相干性推算
  研究表明:通过色彩和变黄指数变化来评价ABS的色彩稳定性,人工加速老化与自然大气暴露有较好的相干性,加速倍率约为7。如果想了解某1ABS材料户外使用1年后的色彩变化,采取相同的实验条件,可以参考该加速倍率,肯定加速老化时间365x24/7=1251h。
  长时间以来,国内外就相干性间题展开了大量的研究,得出了许许多多的换算关系式。但是,由于高份子材料的多样性,加速老化实验装备及方法的不同,不同时间、地区气候的差异性致使了换算关系的复杂化。因此,在选择换算关系时,1定要注意得出该相干性的具体材料、老化装备、实验条件、性能评价指标等因素。

3.3控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当对某些既无相应标准规定,又无处参考相干性的产品,可以斟酌其实际使用环境的辐射强度,控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当。下面举例说明如何控制人工加速老化总辐射量:

  某1塑料制品使用于北京地区,期望控制人工加速老化总辐射量与户外暴露1年相当。
  第1步:由于该产品为塑料制品,且使用于户外,选择采取GB/T16422.2⑴996《塑料实验室光源曝露实验方法第2部份:氙弧灯》中A法。实验条件为:辐照强度0.50W/m2(340nm),黑板温度65℃,箱体温度40℃,相对湿度50%,喷水时间/不喷水时间18min/102min,连续光照;
  第2步:北京地区1年辐射总量为5609MJ/m2,根据对照人工光源与自然阳光辐射光谱散布的国际准则CIENo85⑴989(见表3,GB/T16422.1⑴996《塑料实验室光源曝露实验方法第1部份:氙弧灯》中援用);其中紫外区与可见区部份(300nm⑻00nm)占62.2%,即3489MJ/m2。
  第3步:根据GB/T16422.2⑴996,340nm辐照强度为0.50W/m2时,红外区与可见区部份(300nm~800nm)辐照强度为550W/m2;可计算出辐照时间为3489X106/550=6.344X106s,即1762h。依此计算方法,加速倍率约为5。由于自然老化其实不是简单的辐照强度的叠加,只有在肯定阳光是引发材料破环的主要因素且不能用其他方法肯定实验时间时,才可使用此计算方法摹拟。


  4性能评价指标的选择
  选择性能评价指标主要从材料的用处及材料本身特性两方面来斟酌。

4.1根据材料用处肯定评价指标
  对一样的材料,由于其用处不同,可能选择的评价指标也不同。例如,一样是涂料,如果是用于装潢,就必须重点斟酌其外观的变化。在GB/T1766⑴995《色漆和清漆涂层老化的评级》中,详细规定了光泽度、色彩变化、粉化、泛金等各种外观变化的评级方法。
  而对某些功能性涂料,如防腐涂料,1定程度的色彩、外观变化是可以接受的,这时候,选择评价指标时,主要斟酌其耐开裂性、粉化程度等方面。一样是聚氯乙烯(PVC),如果用于制作鞋面,就必须斟酌其耐黄变性,而如果是用于雨落水管,对外观变化要求就不高,而材料的物理机械性能变化,如拉伸强度变化是主要考核指标。

4.2根据材料本身特性肯定评价指标
  就同1材料来讲,在老化进程中不同性能的降落是不等速的。换句话说,某些性能对环境敏感,降落得最快,则是引发材料破坏的主要因素、在选择评价指标时,应当选择这些敏感性能。研究表明:对大部份工程塑料来讲,冲击强度是自然老化实验检测中变化最大、降落最明显的。因此,在进行工程塑料的老化测试时,应优先斟酌选择冲击强度降落作为评价指标。冲击强度对聚丙烯的老化一样相当敏感,是考核老化性能的主要指标。对聚乙烯材料来讲,断裂伸长率的降落最为明显,是优先斟酌的评价指标。对聚氯乙烯,拉伸强度和冲击强度都降落得比较快,应根据实际情况,选择其中1种来评价。在国标GB/T8814⑵004《门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》中,选择老化后冲击强度保存率≥60%作为合格判定指标;在轻工行业标准QB/T2480⑵000建筑用硬聚氯乙烯(PVC-U)雨落水管材及管件中,选择老化后拉伸强度保存率≥80%作为合格判定指标。


  5结束语
  人工加速老化实验因快速评价材料耐候性的需求而得到快速发展,作为自然老化的重要补充,广泛应用于高份子材料的研究、开发、检测中。而实验条件的选择、光源的选择、实验时间的肯定、性能评价指标的选择是人工加速老化实验中常常遇到的问题。本文对以上几方面进行了探讨,提出了1些解决问题的思路。






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