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材料老化測(cè)試，選紫外老化？還是氙燈老化？

2019-08-27 00:02:10·  來源：嘉峪檢測(cè)網(wǎng)  
　
材料老化主要表現(xiàn)在變色、失光、強(qiáng)度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。盡管大家都認(rèn)同產(chǎn)品的耐候性和耐光性很重要，但對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室，是采用紫外老化測(cè)試還是氙燈
材料老化主要表現(xiàn)在變色、失光、強(qiáng)度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。盡管大家都認(rèn)同產(chǎn)品的耐候性和耐光性很重要，但對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室，是采用紫外老化測(cè)試還是氙燈老化測(cè)試？卻往往毫無頭緒。
光照(特別是紫外線)

對(duì)于經(jīng)久耐用的材料，如大多數(shù)涂料、塑料，短波紫外線是引起大部分聚合物老化的原因。然而，對(duì)于不是那么經(jīng)久耐用的材料，長(zhǎng)波紫外線甚至可見光也會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的危害。

高溫

當(dāng)溫度升高時(shí)，光的破壞作用也將隨之增大，盡管溫度不影響主要的光致化學(xué)反應(yīng)，但卻影響后繼的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試必須提供精確的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化。

潮濕

露水造成的危害比雨水更大，因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，形成更為嚴(yán)重的潮濕吸收。然而也不能忽視的是溫度驟降造成的熱沖擊。比如當(dāng)一輛汽車在一個(gè)炎熱夏日溫度升高卻突然因陣雨而急劇散熱，這種情況下雨水會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力侵蝕。

這三個(gè)因素中的任一個(gè)都會(huì)引起材料老化，而且它們往往同時(shí)發(fā)生，所造成的危害都大于任一因素單獨(dú)作用所造成的。因此在實(shí)驗(yàn)室，有些材料在光照或者潮濕條件的單獨(dú)作用下的耐久性好，但在兩者的協(xié)同作用下，往往會(huì)失效。


QUV

QUV紫外老化試驗(yàn)箱利用熒光紫外燈管來模擬太陽(yáng)光對(duì)耐久耐用材料的破壞作用。這些燈管在電學(xué)原理上與普通照明用的冷白燈管很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見光或紅外光。


紫外老化試驗(yàn)箱對(duì)于不同的最終使用條件，需要不同光譜進(jìn)而選擇不同類型的燈管。常見的燈管類型包括UVA燈管以及UVB燈管。


UVA-340 燈管在短波紫外線波段可最佳模擬太陽(yáng)光

Q-SUN

Q-SUN氙燈試驗(yàn)箱被認(rèn)為可最好模擬全光譜太陽(yáng)光，因?yàn)樗鼈兛僧a(chǎn)生紫外線，可見光和紅外線。氙燈光譜受兩個(gè)因素影響：濾光系統(tǒng)和光源穩(wěn)定性。


氙燈試驗(yàn)箱產(chǎn)生的光譜是全光譜太陽(yáng)光，必須使用不同類型的玻璃過濾器以得到不同的光譜。ASTM G155 中定義了三種類型經(jīng)常使用的過濾器：日光、窗玻璃和紫外延展過濾器。

1.  日光過濾器：通常被推薦用來研究與自然老化之間的相關(guān)性
2. 窗玻璃過濾器：其產(chǎn)生的光譜與透過玻璃的太陽(yáng)光譜非常相似，常被用于測(cè)試室內(nèi)光穩(wěn)定性。

3. 紫外延展過濾器：常被用于提供更快的測(cè)試結(jié)果。



QUV

在戶外，材料由于露水每天有12個(gè)小時(shí)潮濕狀態(tài)。為了更真實(shí)的模擬戶外潮濕侵蝕。QUV用特殊的冷凝功能再現(xiàn)戶外露水潮濕。

Q-SUN


而大多數(shù)氙燈試驗(yàn)箱通過水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來模擬潮濕的影響。相比冷凝功能，水噴淋在模擬熱沖擊和機(jī)械侵蝕方面更好。


QUV/se 紫外老化試驗(yàn)箱和 Q-SUN Xe-1氙燈老化試驗(yàn)箱的價(jià)格差不多，但它們的樣品容量相差很大。QUV 紫外老化試驗(yàn)箱大約是 Q-SUN Xe-1容量的 5 倍。QUV 紫外老化試驗(yàn)箱的容量比 Q-SUN Xe-3 的也大，Q-SUN Xe-3 氙燈老化試驗(yàn)箱的樣品容量?jī)H為 QUV 的 72%。

QUV 紫外老化試驗(yàn)箱可安裝相對(duì)較薄的平板或樣品。而Q-SUN氙燈老化試驗(yàn)箱可測(cè)試樣品的類型比較靈活，除了可測(cè)試平面試樣外，還可測(cè)試三維部件、試管及玻璃皿。

標(biāo)準(zhǔn)參考應(yīng)當(dāng)成為你選擇測(cè)試設(shè)備是一個(gè)重要的考慮的因素，QUV紫外老化試驗(yàn)箱和Q-SUN老化試驗(yàn)箱分別有不同的標(biāo)準(zhǔn)適用范圍，下表簡(jiǎn)單羅列了兩款設(shè)備的滿足的標(biāo)準(zhǔn)要求。


回到最初的問題，材料耐候老化測(cè)試該紫外加速老化試驗(yàn)機(jī)還氙燈試驗(yàn)箱？

不存在一種測(cè)試技術(shù)能夠滿足所有材料和應(yīng)用條件。您所選擇的方法取決于您的測(cè)試目的、關(guān)注哪些變化、時(shí)間安排、經(jīng)費(fèi)預(yù)算等。（來源：翁開爾）

下面我們盤點(diǎn)一下材料老化實(shí)驗(yàn)知識(shí)：

人工加速老化測(cè)試
 
1.熱老化性能試驗(yàn)

在常壓和規(guī)定溫度的熱空氣作用下，使材料經(jīng)過一定時(shí)間后測(cè)定其某項(xiàng)或某幾項(xiàng)性能指標(biāo)。根據(jù)相同或不同溫度條件下各周期性能指標(biāo)變化的情況，判斷材料的熱穩(wěn)定性，推算貯存期和使用期。

▎測(cè)試儀器：

重力對(duì)流式（自然通風(fēng)）熱老化試驗(yàn)箱

強(qiáng)制通風(fēng)式熱老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：電氣絕緣材料的耐熱性試驗(yàn),電子零配件,塑化產(chǎn)品及橡膠制品。

▎樣品要求：

根據(jù)GB/T 7141，

1）在所選的每個(gè)周期和溫度下每種材料至少暴露三個(gè)平行試樣；

2）試樣厚度相當(dāng)于但不大于預(yù)期應(yīng)用中的最小厚度；

3）試樣的制作方法應(yīng)與其在預(yù)期應(yīng)用中的相同；

4）一系列溫度的所有試驗(yàn)試樣均應(yīng)為同一批次。

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 7141 塑料老化試驗(yàn)方法

GB/T 3512 硫化橡膠或熱塑性橡膠 加熱老化和耐熱試驗(yàn)

ASTM D5510 Heat Aging of Oxidatively Degradable Plastics

JIS K 6257 硫化橡膠和熱塑性橡膠 熱老化性能測(cè)定

2.溫濕老化試驗(yàn)

在大氣環(huán)境下，溫度（熱）和濕度（水分）都會(huì)導(dǎo)致高分子材料的老化。濕熱老化試驗(yàn)通過模擬溫度和濕度環(huán)境對(duì)高分子材料進(jìn)行加速老化，以評(píng)估材料在應(yīng)用過程中的耐溫度和濕度的老化性能。

▎測(cè)試儀器：
濕熱老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：塑料、橡膠等高分子材料。

▎樣品要求:

試驗(yàn)樣品應(yīng)在不包裝、不通電、準(zhǔn)備使用狀態(tài)或按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的其他規(guī)定放入試驗(yàn)箱中。如沒有規(guī)定特定的安裝架，那么安裝架的熱傳導(dǎo)應(yīng)盡可能低，使得實(shí)際上對(duì)所有的試驗(yàn)樣品都是絕熱的。

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 2423.3：試驗(yàn)Cab: 恒定濕熱試驗(yàn)

GB/T 2423.4：試驗(yàn)Db: 交變濕熱試驗(yàn)

GB/T 15905 硫化橡膠濕熱老化試驗(yàn)方法

GB/T 2573 玻璃纖維增強(qiáng)塑料老化性能試驗(yàn)方法

ASTM D2126 Response of Rigid Cellular Plastics to Thermal and Humid Aging

3.臭氧老化試驗(yàn)

臭氧在大氣中的含量很少卻是橡膠龜裂的主要因素，特別是對(duì)含雙鍵的橡膠材料，有極強(qiáng)的破壞能力。

臭氧老化的試驗(yàn)方法，就是將橡膠試樣在靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)變條件下置于含一定濃度的臭氧和溫、濕度的環(huán)境中曝露，觀測(cè)試樣性狀的變化，以評(píng)價(jià)橡膠的耐臭氧老化性能，并以此為依據(jù)制定積極的防護(hù)措施。

▎測(cè)試儀器：
臭氧老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：非金屬材料、橡膠制品，以及TPU、EPDM等新型彈性體。

▎樣品要求：

根據(jù)ASTM D1149

1）樣品尺寸：長(zhǎng)100±25mm(4±1英寸)*寬10.00±0.03mm(0.40±0.01英寸)

2）建議將待測(cè)的橡膠樣品放置在鋁制薄片或者0.1mm的聚酯薄膜上，以便于取下。

3）需要對(duì)不帶襯片的樣片在23±2oC無臭氧條件下進(jìn)行24.0±0.5小時(shí)的預(yù)先測(cè)試。

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T13642 硫化橡膠耐臭氧老化動(dòng)態(tài)拉伸試驗(yàn)法

GB/T 7762 硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)

GB/T 24134 橡膠和塑料軟管 靜態(tài)條件下耐臭氧性能的評(píng)價(jià)

ASTM D1149 Rubber Deterioration——Cracking in an Ozone ControlledEnvironment

JIS K 6259 加硫橡膠或熱塑性橡膠－耐臭氧劣化的試驗(yàn)方法

4.氙弧燈老化試驗(yàn)

利用惰性氣體氙在超高電壓下原子被激發(fā)電離放電產(chǎn)生弧光來模擬自然條件下劣化的再現(xiàn)性試驗(yàn)。氙弧燈與太陽(yáng)光放射照度有較好的一致性，更接近太陽(yáng)光，其中紫外線占11%，可視光占89%，并且可以模擬黑夜及淋雨現(xiàn)象。

▎測(cè)試儀器：

氙弧燈老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：塑膠、涂料、橡膠、油漆、電子等

▎樣品要求：

根據(jù)ASTM G151

1）待測(cè)樣品的尺寸一般是按照光照曝露后的材料性能測(cè)試的要求所制定的，

2）如果樣品涉及從大的部件裁剪下來，應(yīng)盡量保證裁剪過程不會(huì)影響材料性能測(cè)試，

3）除非有特殊要求，盡量不要將已將經(jīng)過曝露過的樣品進(jìn)行裁剪，因?yàn)榻?jīng)過測(cè)試的樣品可能會(huì)變脆，

4）如果要將大的測(cè)試過的樣品進(jìn)行裁剪，應(yīng)該從至少被儀器固定住的邊緣20mm處進(jìn)行裁剪。

5）無破壞的樣品數(shù)至少3個(gè)，有破壞的樣品至少6個(gè)。

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 16422.2 塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分:氙弧燈

GB/T8427紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度：氙弧

GB T 1865 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射

ASTM G155 Operating Xenon Arc LightApparatus for Exposre of Non-metallic Materials.

ASTM G151 Exposing Nonmetallic Materials in Accelerated TestDevices that Use Laboratory Light Sources

5.紫外燈老化試驗(yàn)

紫外熒光燈可模擬關(guān)鍵的短波紫外線，并能完整真實(shí)地重現(xiàn)太陽(yáng)光、雨水和露水造成的損害。損傷類型主要有褪色、光澤消失、粉化、龜裂、開裂、模糊、起泡、脆化、強(qiáng)度減小和氧化。

▎測(cè)試儀器：


紫外燈老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：塑膠、涂料、橡膠、油漆等。

▎樣品要求：

根據(jù)GB/T 14522

塑料：參見GB/T 16422.1試樣制備要求

涂料：一般按GB/T 9271的規(guī)定制備試樣底板，底板采用相應(yīng)產(chǎn)品實(shí)際使用的材料，如木材、金屬、塑料等，底板應(yīng)平整，其尺寸應(yīng)適合設(shè)備試樣架的大小。

橡膠：

GB/T 16422.1中對(duì)試樣的要求適應(yīng)于橡膠，

對(duì)于在應(yīng)力狀態(tài)下的試驗(yàn)，按GB/T 7762制備試樣，

按GB/T2941進(jìn)行試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)。

建議將一個(gè)對(duì)照樣品和試樣同時(shí)進(jìn)行暴露，以提供一個(gè)比較的標(biāo)準(zhǔn)。

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T 16422.3 塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第3部分:熒光紫外燈

GB/T18950 橡膠和塑料軟管 靜態(tài)下耐紫外線性能測(cè)定

GB/T 14522機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法熒光紫外燈

ASTM G154 Operating Fluorescent Light Apparatus for UV Exposure ofNonmetallic Materials

6.碳弧燈老化試驗(yàn)

碳弧燈分為兩種，一種是封閉式碳弧燈，一種是日光碳弧燈，這兩種都是應(yīng)用于早期的設(shè)備，前者用于紡織品耐光測(cè)試，后者最初用于涂層的耐光試驗(yàn)。

由于碳弧燈的光譜分布與太陽(yáng)光相差較大，特別是封閉式碳弧燈，既無日光中的短波紫外輻射，在使用過程中要求每48h至72h換一次碳棒，使用成本較高，在我國(guó)應(yīng)用較少，在日本廣泛使用，目前我國(guó)與日本合資的汽車企業(yè)依然推薦使用這種光源。

▎測(cè)試儀器：

碳弧燈老化試驗(yàn)箱

▎適用產(chǎn)品范圍：紡織品，纖維材料，塑料，人造革，硫化橡膠等。

▎樣品要求: 同上氙弧燈老化試驗(yàn)（參照ASTMG151）

▎相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：

- GB/T 16422.4塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第4部分：開放式碳弧燈

- ASTM G153 Operating Enclosed Carbon Arc Light Apparatus for Exposure ofNonmetallic Materials

- JIS D0205 汽車零部件耐氣候性的檢測(cè)方法

- JIS B7753 Light-exposure and light-and-water-exposure apparatus (Open-flamecarbon-arc type)

- JIS K7350-4 塑料.試驗(yàn)室光源照射法.第4部分:明火碳弧燈

高分子材料老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)匯總
 
 
 
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