塑料制品的老化試驗介紹
塑料制品的老化試驗介紹
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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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*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(jīng)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、相對濕度、及噴水(降雨)周期等它們的選擇依據(jù)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*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,即加速效果好。
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*為接近,是目前公認的理想光源。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**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*高溫度為依據(jù),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*高溫度為依據(jù),比之稍高,多選63±3℃。
c 相對濕度的選擇
相對濕度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濕度為依據(jù),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(jīng)做了很多研究,下面是ISO和ASTM已經(jīng)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)境還不完全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(jīng)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(jù)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**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(shù)據(jù)。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(shù)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(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)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(shù)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(shù)較氙燈為少,為便于比較,我們把主要參數(shù)設定為與氙燈相近:
所用燈管: Q-Panel Lab生產(chǎn)UVA-340
測試箱溫度: 45 ℃(氙燈為40 ℃,但紫外*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。