人工老化試驗(yàn)，如何選擇光源？

更新時間：2022-09-27

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人工老化試驗(yàn)，如何選擇光源？

一、人工加速老化試驗(yàn)條件的選擇

這個問題實(shí)際上可以理解為應(yīng)該模擬哪些老化因素，高分子材料在使用過程中，氣候環(huán)境里許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chǎn)生作用。如果事先知道產(chǎn)生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗(yàn)方法。

我們可以從該材料的運(yùn)輸、儲存、使用環(huán)境以及其老化機(jī)理等方面考慮，確定試驗(yàn)方法。例如硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為原料，添加穩(wěn)定劑、顏料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的老化機(jī)理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環(huán)境考慮；空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。

因此，國標(biāo)GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規(guī)定了光氧老化試驗(yàn)方法，采用GB/T16422.2《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第二部分：氙弧燈》老化4000h或6000h，模擬了室外紫外光及可見光、溫度、濕度、降雨等因素，同時又規(guī)定了熱氧老化項(xiàng)目：加熱后狀態(tài)，150℃放置30min，目測觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂紋、麻點(diǎn)或分離現(xiàn)象，以考察型材的耐熱性能。

又如我國在國際市場上有競爭力的一個產(chǎn)品：外貿(mào)出口鞋。在使用過程中，陽光中的紫外線是引起鞋子變色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外燈箱對其進(jìn)行耐黃變測試。

常用的鞋類耐黃變試驗(yàn)箱采用30W UV燈，樣品離光源20cm，照射3h后觀察顏色變化。同時，在運(yùn)輸過程中，集裝箱內(nèi)悶熱、潮濕的惡劣環(huán)境會引起鞋面、鞋底、膠水的變色、斑點(diǎn)，甚至是變質(zhì)。因此，在裝船運(yùn)輸之前，有必要考慮進(jìn)行耐濕熱老化試驗(yàn)，模擬集裝箱內(nèi)高熱、高濕環(huán)境，在70℃、95％相對濕度的條件下，進(jìn)行 48h 試驗(yàn)后觀察外觀、顏色變化。

二、人工加速老化光源的選擇

實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)：可以在一個試驗(yàn)箱中同時模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為常用的一種人工加速老化試驗(yàn)方法，在這些模擬因素中，光源比較重要。經(jīng)驗(yàn)表明，陽光中引起高分子材料破環(huán)的波長主要集中在紫外線及部分可見光。

目前使用的人工光源都力圖使在此波長區(qū)間內(nèi)的能譜分布曲線與太陽光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室光源已有封閉式碳弧燈、陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。

氙弧燈

目前認(rèn)為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達(dá)地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm紅外區(qū)存在很強(qiáng)的輻射，會產(chǎn)生大量的熱。

因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗(yàn)裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價格也比較昂貴。由于氙燈紫外線部分能量較另兩種光源增加較少，在加速倍率方面是低的。

適用情況：塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、涂料工業(yè)、染料、顏料、紡織品等

常用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 16422.2，ISO 4892-2，SAE J2527，ASTM G 155，ASTM D4459等。

熒光紫外燈

從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達(dá)到快速試驗(yàn)的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達(dá)到較高的加速倍率。

然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。

因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實(shí)現(xiàn)對特定材料的快速篩選。

適用情況：廣泛適用于非金屬材料、有機(jī)材料（如：涂料、油漆、橡膠、塑膠及其制品）

常用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 16422.3，ISO 4892-3，ASTM G154，SAEJ 2020，IEC 61215等。

陽光型碳弧燈

陽光型碳弧燈目前在我國應(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標(biāo)準(zhǔn)都采用陽光型碳弧燈。我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在370nm~390nm紫外線集中加強(qiáng)，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間。

適用情況：一般日光式耐候機(jī)較適用于涂料工業(yè)、汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、通信設(shè)備、紡織工業(yè)、染料化學(xué)、橡膠工業(yè)等，現(xiàn)主要用于汽車材料的測試，特別是日本企業(yè)。

常用標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 16422.4，GB/T 15255，ISO 4892-4，ASTM G152，JIS D0205等。

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