高分子材料在实际使用中,不可避免的会受到光照。比如户外使用时会长期暴露于太阳光下,抑或是玻璃窗后的日光下。即使是在室内使用,某些白色或浅色的电子电器外壳(如白色ABS、PC/ABS)用久了也会发黄变色。除了光照外,使用环境下的氧、热、湿等因素也会对材料的颜色和性能产生较大的影响。因此,材料在这样或类似的环境条件下应用前,开展光、氧、热、湿和其他气候应力对其外观和性能影响的评价非常重要。
光照、氧、热(温度)和湿(水分)是影响高分子材料老化的四个最基本因素。对于光照,也就是太阳光的紫外线通常是造成材料光老化的主要原因,这是因为太阳光中的紫外线波长短,能量高,床头能力也强;氧除了特定条件(电晕、电子辐照等)下产生的臭氧外,空气中的氧气在材料光老化过程中会进一步强化材料的老化降解;而使用环境温度(热)升高时,光照对材料的破坏作用也将随之增大,也就是温度会大大加速光老化的进程;户外降雨常常导致材料表面温度骤降,造成冷热冲击带来材料应力腐蚀,而室内的空气湿度或户外的露水附着在材料上的时间往往更长,形成更为严重的水分吸收。
这四个因素中的任何一个都可能导致材料老化,而高分子材料在实际使用环境中,往往是几种因素同时发生,对材料造成的危害也比单独一种因素更大。因此高分子材料在应用前,为了事先评估产品在实际使用过程中的寿命,通常会在实验室中通过实验室光源加速老化试验来评估光、氧、热、湿对材料性能的影响,以保证产品的可靠性。
紫外老化测试是评估高分子材料耐光老化性能的测试方法,通常是在实验室中通过紫外加速老化试验箱进行测试。紫外老化箱通过设定测试条件可模拟太阳光中的紫外线、使用环境条件下的氧、温度和湿度,在短时间内(几周或几个月)能够获得可再现的、可靠的老化测试数据而在材料开发和产品可靠性验证中得到广泛使用。
紫外老化试验主要包括光照、冷凝和喷淋三种模式。光照阶段用于模拟自然环境中的白天,光照时可以控制光照强度、温度;冷凝阶段用于模拟夜晚样品表面结露的现象,冷凝阶段关闭紫外灯(黑暗状态),只控制试验温度;喷淋阶段通过向样品表面持续喷水模拟下雨的环境。
紫外加速老化试验常用的UV灯管类型有3种,分别为UVB313、UVA-340和UVA351。这三种灯管发出的光都是紫外光,但其光谱分布和发出光的总能量不同,因此在试验时应根据实际情况选择合适的灯管进行模拟试验:
UVB-313灯管能产生短波紫外线,能够比UVA灯更快地使材料老化,从而达到加速老化的目的,广泛应用于耐久性材料的快速、节省时间的测试;UVA-340灯管的光谱分布与户外太阳光的紫外波段相近,一般用于常规户外使用产品的光老化试验;UVA-351灯管可以模拟透过玻璃窗户的太阳光的紫外线部分,主要用于室内产品的紫外老化测试评价。
在实际应用中,需要进行紫外老化测试的高分子材料和产品主要有:塑料、橡胶、涂料、粘合剂、纺织品等合成纤维等,检测依据的标准有ASTM G-151、ASTM G-154、ASTM C1501、ASTM C1442、ISO 11507、ISO4892、GB/T14522、GB/T16585和GB/T16422.3等等,且不同国家或行业对紫外老化测试都制定了相应的国家标准或行业标准。因此,在进行紫外老化检测时,主要是根据客户要求的标准来进行测试评价。
但在此需要说明的是,紫外老化试验箱的光源只是模拟了太阳辐照中的紫外线部分,而在实际情况下,太阳光中的可见光、红外线等其它波长的光对材料老化的影响有时也不可忽略。因此,氙灯老化试验箱的模拟性更接近于太阳光。至于选择何种老化试验箱,还须根据实际需要而定。
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