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，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：我們按操作手冊要求設計制作了排氣系統。系統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。