塑料產品的老化試驗介紹

1 概述：
所謂人工光源（實驗室光源或人工氣候）曝露試驗方法，是通過模擬和強化大氣環(huán)境中一些主要致老化因素，而達到人工加速目的的老化試驗方法[1]。由于實際生產中對材料耐候性的評估的急切需求，一些人工光源設備被用來加速老化。這些光源都包括：（經過濾的）寬頻氙弧燈、熒光紫外燈、金屬鹵化物燈（metal halide lamps）和開放式碳弧燈；還有一些不經常使用的光源，它們包括：汞蒸氣燈、鎢燈（tungsten lamp）[4]。我國1997年頒布的國家標準GB/T 16422-1.2.3（等效ISO 4892，1994）中規(guī)定了zui常用的氙燈、熒光紫外燈、開放式碳弧燈三種光源的曝露試驗方法。
2 通則
A 結果的偏差
鑒于材料在真實環(huán)境中老化的復雜性（日光輻射的特性和能量隨地點、時間而變化，溫度，溫度的周期變化等），為減少重復曝露試驗結果的差異，在特定地點的自然曝露試驗應至少連續(xù)曝露兩年。經驗表明，實驗室光源與特定地點的自然曝露試驗結果之間的相關性，只適用于特定種類和配方的材料和特定的性能，和其相關性已為過去試驗所證實了的場合。

B 試驗目的
a 通過模擬自然陽光下長期曝露作用的加速試驗，以獲得材料耐候性的結果。為了得到曝露全過程完整的特性，需測定試樣在若干曝露階段的性能變化。
b 用于確定不同批次材料的質量與已知對照樣是否相同的實驗。
c 按照規(guī)定的試驗方法評價性能變化，以確定材料是否合格。

C 試驗裝置
實驗室光源曝露試驗的裝置一般應包括試驗箱（包括：光源、試樣架、潤濕裝置、控濕裝置、溫度傳感器、程序控制裝置等）、輻射測量儀、指示或記錄裝置等幾個主要部分及其必要的輔助配套裝置。

D 試驗條件的選擇
實驗室光源曝露試驗條件的選擇主要包括：光源、溫度、相對、及噴水（降雨）周期等它們的選擇依據及一般確定方法如下:
a 光源的選擇
光源的選擇是整個試驗的核心部分，其原則有二：一是要求人工光源的光譜特性與導致材料老化破壞zui敏感的日光能量分布相近，即模擬性好；二是要求在盡量短的時間內獲得近似與常規(guī)自然曝露的結果，即加*果好。
若考慮試驗結果的準確性，在材料敏感的紫外區(qū)，氙燈的光譜特性與日光的zui為接近，是目前*的理想光源。但考慮氙燈老化箱運轉的成本，紫外熒光燈也許更適合我國一些中小企業(yè)和普通高校做老化試驗研究。而用于滅菌或其他用途的高壓或低壓汞燈在沒有適當濾光片時，含有大量自然光中沒有的紫外成分，不適合一般的老化實驗。這里的‘一般’指大氣層內使用的塑料制品的老化實驗，因為模擬的都是穿過大氣層的紫外輻射。用這些試驗方法模擬宇航用塑料制品，理論上會有一定誤差。

b 溫度的選擇
空氣溫度的選擇，應以材料在使用中遇到的zui高溫度為依據，比之稍高一些，常選50℃左右。黑板溫度的選擇以材料在使用環(huán)境中材料表面的zui高溫度為依據，比之稍高，多選63±3℃。
c 相對的選擇
相對對材料老化的影響因材料的品種不同而異，以材料在使用環(huán)境所在地年平均相對為依據，通常在50%～70%范圍選擇
3 國內外標準：
國內外在人工光源試驗方法上也已經做了很多研究，下面是ISO和ASTM已經制訂的一些試驗方法標準：

標準編號
標題

ISO 4892-1,2,3,4

GB/T 16422
塑料-實驗室光源曝露方法

1.通則

2.氙弧燈

3.熒光紫外燈

4.開放式碳弧燈

ASTM G26
非金屬材料氙弧燈曝露設備操作標準（有或無噴淋）

ASTM G53
非金屬材料濃縮熒光紫外燈曝露/噴淋設備推薦操作

ASTM G151
非金屬材料（實驗室光源）加速測試設備曝露標準操作

4 試驗儀器的準備
氙燈和熒光紫外燈中，熒光紫外燈操作簡便且已使用一段時間，運行比較穩(wěn)定；但氙燈老化箱尚處于試運行階段，且控制復雜，各項操作還有待熟悉，實驗室環(huán)境還不*符合操作手冊的要求。

A.氙燈老化箱
氙燈老化箱當時存在的問題主要是：因測試箱溫度過高經常導致的自動停機。
水的問題的主要原因應是北京地區(qū)自來水中礦物質含量過高，可考慮增加一套預過濾裝置。測試箱溫度過高，根據操作手冊第四章所述，可采取的措施有：檢查鼓風機是否工作、檢查節(jié)氣閥、進行輻射校準、提高箱溫上限、重置測試箱安全調溫器。
我們所做的工作有：
a 安裝排氣系統(tǒng)：我們按操作手冊要求設計制作了排氣系統(tǒng)。系統(tǒng)采用具有過流保護的三相交流電機，排氣罩按要求位于儀器上方46㎝[12]。
b 制作試樣背板：本試驗采用的均為透明薄膜，氙燈老化箱對透明試樣加背板的測試還處于空白。背板能在多大程度上加強輻射，還沒有相關的數據。特別加一組有背板試樣作為比較。

B.紫外老化箱
對紫外老化箱的準備主要的由于其試樣架過長，做羰基指數測試時須拆下試樣，那樣可能對試樣造成不必要的破壞，影響測試數據的準確性。我們試圖另外做一個可伸縮或折疊的試樣架，但是，經過試驗把氙燈老化箱用的試樣架掛在紫外老化箱試樣架上，可以保證試樣在試樣過程中相對位置不變，可滿足羰基指數測試和測試方法比較的要求。
我們所做的工作有：
a 清洗燈管、測試箱。由于水質太差，燈管上積有一層硬質水垢。雖然儀器在燈管外部測光強，水垢對輻射的影響不大。但長時間會縮短燈管的壽命。我們用稀硫酸擦去了燈管表面水垢。另外，噴淋系統(tǒng)用的也是自來水，大多數噴頭均不能有效將水分散均勻噴在試樣上，這樣必然會帶來一些誤差。我們將每一個噴頭均拆開清洗，解決了噴水不均的問題。
b 制作背板。（與1的b相同）

C. 試驗設定：
（1）．紫外老化箱沒有預置相關標準的功能，可設置的參數較氙燈為少，為便于比較，我們把主要參數設定為與氙燈相近：
所用燈管： Q-Panel Lab生產UVA-340
測試箱溫度： 45 ℃（氙燈為40 ℃，但紫外zui低為45 ℃）
輻射： 0.5 W/㎡/nm
噴水周期： 18分鐘
無噴水周期： 102分鐘
（2）．每隔一段時間取樣，記錄取樣時的曝露時間，進行性能測試。