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人工加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)
 2020年07月23日 |閱讀次數(shù):405

人工加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)


為擺脫自然老化試驗(yàn)考察周期漫長的制約,通常采用人工加速老化試驗(yàn)來模擬并強(qiáng)化自然戶外氣候?qū)υ嚰钠茐淖饔茫ㄟ^考察材料在模擬現(xiàn)實(shí)情況的光、熱、氧、臭氧等因素條件下的老化情況來實(shí)現(xiàn)快速評價(jià)材料老化性能的目的,從而提升產(chǎn)品質(zhì)量尤其是提高其耐候性,較大限度避免由老化所造成的損失。

人工加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)

另外,現(xiàn)在越來越多的企業(yè)出于成本控制的考量,希望在承諾的產(chǎn)品使用壽命內(nèi),盡量降低材料的使用成本,所以人工加速老化試驗(yàn)還有一個(gè)很重要的目的是“防止過設(shè)計(jì)”。


人工加速老化方法

人工加速老化作為自然老化試驗(yàn)的重要補(bǔ)充,已廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究、開發(fā)和檢測。人工加速老化大致有碳弧燈模擬加速老化、熒光紫外加速老化、氙弧燈加速老化三大類。


◆碳弧燈模擬加速老化試驗(yàn)箱是最早出現(xiàn)的,因?yàn)榫S修費(fèi)用高、不能校正、模擬光譜范圍狹窄等缺點(diǎn),現(xiàn)在已很少使用。


◆研究表明,太陽光中的紫外光,尤其是360 nm以下的波段能量是造成材料老化的主要因素,利用這一原理在20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)了紫外老化試驗(yàn)箱,主要有以UVA-340燈管作為測試光源的紫外老化試驗(yàn)箱。該燈管的光源在360 nm以下和太陽光的紫外波段吻合度很高,特別適用于戶外產(chǎn)品的紫外耐候測試。


◆氙弧燈可以最真實(shí)地再現(xiàn)全光譜太陽光,包括紫外線、可見光和紅外線。采用合適的濾光技術(shù)后的氙弧燈設(shè)備是模擬產(chǎn)品在直接陽光照射以及透過玻璃的長波紫外線或可見光照射環(huán)境下的較優(yōu)方式,不但可以模擬室內(nèi)材料的耐光性能(通過窗玻璃過濾器過濾后),同時(shí)還可以模擬戶外氣候環(huán)境(水噴淋達(dá)到降溫和淋雨效果)。


但該方法也有局限性,即氙弧燈光源穩(wěn)定性及由此帶來的試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性。氙弧燈光源必須經(jīng)過過濾以減少不期望的輻射,為達(dá)到不同的輻照度分布可選擇不同類型的玻璃過濾器。氙弧燈經(jīng)常使用的過濾器有 3種類型:日光過濾器、窗玻璃過濾器和紫外加強(qiáng)濾過器,各自的光譜分布如下。


輻照能量與輻照強(qiáng)度

所謂輻照強(qiáng)度即被測材料單位面積上的紫外線輻射功率,常以W/m2表示,或當(dāng)波長為一選定值時(shí)(如340 nm)則以W/m2·nm)表示。


所謂輻照能量就是在一定時(shí)間內(nèi)被測材料單位面積上所受的總輻照能量,常以MJ/m2表示,或當(dāng)波長為一選定值時(shí)(如340 nm)則以MJ/m2·nm)表示。通過單位的量綱關(guān)系不難看出,輻照能量是以一定的輻照強(qiáng)度照射一定時(shí)間的累積,其數(shù)學(xué)計(jì)算公式為:輻照能量=輻照強(qiáng)度×?xí)r間。


由此可見,規(guī)定材料的人工加速老化指標(biāo),在輻照能量、輻照強(qiáng)度及照射時(shí)間3個(gè)參數(shù)中選定任意2個(gè)參數(shù)才能對老化指標(biāo)進(jìn)行充分約束規(guī)定。


同樣做人工氣候加速老化試驗(yàn),甚至是用同一臺(tái)老化儀器,怎么會(huì)出現(xiàn)不同的輻照強(qiáng)度呢?這一點(diǎn)不難解釋,主要是由選用的監(jiān)控點(diǎn)不同造成的。理論上,輻照強(qiáng)度可以在氙燈光譜的任意位置進(jìn)行監(jiān)控,但通常選用的僅是為數(shù)不多的幾個(gè)波段,一般常在被測材料的敏感光譜區(qū)進(jìn)行輻照強(qiáng)度選控。另外,輻照強(qiáng)度監(jiān)控點(diǎn)還因行業(yè)或應(yīng)用途徑范疇不同而有較大差異。


◆大量研究表明,波長340 nm處的短波紫外線對戶外外露使用產(chǎn)品最(zui)具破壞性,因此該控制點(diǎn)廣泛應(yīng)用于戶外涂料、塑料、屋面材料的人工加速老化測試中。


420 nm處長波紫外線和可見光區(qū)一般用于材料室內(nèi)光穩(wěn)定性測試,模擬透過窗玻璃的太陽光譜,通常用于室內(nèi)產(chǎn)品的老化測試。


因此,討論材料的耐老化指標(biāo)不能僅考慮輻照能量的數(shù)值大小,而要在權(quán)衡綜合輻照能量、輻照強(qiáng)度及照射時(shí)間3個(gè)參數(shù)及光譜波長范圍等的基礎(chǔ)上做出評判。