耐候性加速試驗(yàn)的方法

 前言

耐候性加速試驗(yàn)就是在比實(shí)際使用更短的時(shí)間內(nèi)，掌握制品及橡膠原材料在實(shí)際使用環(huán)境下的老化過程，這對(duì)提高制品及橡膠原材料的性能是非常重要的。

1 耐候性加速試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置中的光源可使用自然光和實(shí)驗(yàn)室光源( 人工光源) 。

1. 1 使用太陽(yáng)光源的耐候性加速試驗(yàn)裝置

1) 夫列涅耳( フレネル) 反射集光促進(jìn)暴露試驗(yàn)裝置

這是一種一邊追蹤太陽(yáng)光，一邊用10 面反射鏡反射集中太陽(yáng)光，使之照射在試樣上的裝置。因?yàn)槭鞘褂米匀惶?yáng)光，所以，由于季節(jié)的不同照射在試樣上的照射度( 光的強(qiáng)度) 也有所不同。另外，由于使用的是鏡子，所以其試驗(yàn)場(chǎng)地要限定在干燥地區(qū)( 例如沙漠等) 。試驗(yàn)裝置設(shè)置在亞利桑那( ワリゾナ) ，其加速程度約是佛羅里達(dá)( ワロリダ) 州的6 倍( 見圖1，對(duì)照ISO877， JISK7219，ASTMG90 標(biāo)準(zhǔn)) 。

2) 可控制溫濕度的追蹤太陽(yáng)光型暴露裝置

把試樣放入玻璃( 汽車內(nèi)裝飾材料) 箱內(nèi)，使之暴露在太陽(yáng)光下。裝置會(huì)自動(dòng)追蹤太陽(yáng)光，白天箱內(nèi)空氣溫度維持在70 ℃，夜間空氣溫度維持在38 ℃，相對(duì)濕度維持在75%。

1. 2 使用試驗(yàn)室光源的耐候性加速試驗(yàn)裝置

1) 氙弧燈裝置

這是一種光源分布近似于太陽(yáng)光的氙弧燈照射裝置，它分為水冷卻和空氣冷卻兩種類型。裝置上的燈泡玻璃通過過濾能夠模擬室外光或穿過窗戶玻璃的太陽(yáng)光。另外，可以不改變分光的分布就能夠控制照射程度( 見圖2) 。

裝有燈泡過濾玻璃的氙弧燈和太陽(yáng)光

2) 紫外線螢光燈裝置

使用紫外線螢光燈作為光源，規(guī)定了3 種不同分光分布的燈泡( 室外、模擬透過窗戶玻璃、篩選用) 。使用實(shí)驗(yàn)室光源試驗(yàn)成本比較低( 見圖3) 。

紫外線螢光燈裝置和太陽(yáng)光

3) 開放式框架碳弧燈

這是一種使用鍍銅碳棒和平板濾光玻璃 ( 光源波長(zhǎng)為350 ～ 450 nm) ，具有與太陽(yáng)光不同分光分布的裝置。但它不能控制照射度( 見圖4) 。

開放式框架的碳弧燈和太陽(yáng)光( 陽(yáng)光碳弧)

4) 使用其它光源的裝置也有使用密封石墨燈、汞燈、金屬鹵化燈、鹵素?zé)舻茸鳛楣庠吹难b置。

2 試驗(yàn)時(shí)的要點(diǎn)

進(jìn)行耐候性加速試驗(yàn)時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。若不確定試驗(yàn)條件就難以掌握在實(shí)際使用環(huán)境下制品及原材料的正確的老化反應(yīng)過程。

2. 1 光源的選擇

選擇光源可采用分光分布近似于太陽(yáng)光的氙弧燈，以及符合MIL SFD810，SFTP DIN75 220 等國(guó)際規(guī)格的鹵化金屬燈。選擇近似于太陽(yáng)光光源的理由是:

1) 試樣的感應(yīng)波長(zhǎng)

試樣能分別感應(yīng)不同的老化反應(yīng)的波長(zhǎng)。假如地球上沒有太陽(yáng)光的照射( 波長(zhǎng)) 所造成的老化的話，那么材料在室外就難以產(chǎn)生光老化。所以選擇能對(duì)材料產(chǎn)生反應(yīng)的波長(zhǎng)進(jìn)行照射，使其發(fā)生老化反應(yīng)。

2) 試樣的顏色

試樣的顏色各異，在室外由于試樣的顏色不同溫度也不一樣。由于顏色造成的溫度差即使進(jìn)行試驗(yàn)也不能重現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果和在室外的大相徑庭。要重現(xiàn)溫度差，從光源里射出的光的波長(zhǎng)要在650 ～ 800 nm 范圍內(nèi)，這種照射與太陽(yáng)光具有同等的水平，這一點(diǎn)是很重要的 ( 見圖5) 。

試樣顏色不同所導(dǎo)致的試樣表面溫度差

2. 2 試驗(yàn)條件，試驗(yàn)時(shí)間( 周期)

為了盡快得到試驗(yàn)結(jié)果，也有將放射能或試驗(yàn)溫度提到很高水平的做法，但多半情況下這樣的做法與室外試驗(yàn)相差甚遠(yuǎn)。試驗(yàn)時(shí)試樣的熱歷程、濕度對(duì)其有很大影響。

1) 對(duì)光和溫度的反應(yīng)性

試樣對(duì)光有反應(yīng)性( 強(qiáng)弱不等) ，對(duì)溫度也有反應(yīng)性( 強(qiáng)弱各異) 。對(duì)光反應(yīng)性低、溫度反應(yīng)性高的材料來說，如果提高溫度就會(huì)促進(jìn)其老化，但提高光能( 放射能) 卻不能促進(jìn)其老化; 其次，對(duì)光、溫度反應(yīng)性的強(qiáng)弱因試樣的不同而有所區(qū)別。

2) 吸濕性、水解

試樣的吸濕性有高低之分，遇水會(huì)分解或不分解。吸濕性高、遇水分解的試樣在試驗(yàn)時(shí)往往在試驗(yàn)條件中要增加黑暗周期( 光源關(guān)閉) 條款來促進(jìn)其老化，這樣可以提高相關(guān)性。

3) 加濕、噴撒霧水

水對(duì)試樣有直接的影響，特別是水附著在含有白炭黑的試樣的表面會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。所以，加濕、噴撒霧水要用高品質(zhì)的水 ( 如離子交換水、蒸餾水等) 。

3 結(jié)語(yǔ)

通過采用耐候性加速試驗(yàn)方法來獲取100%的相關(guān)性，這樣的裝置現(xiàn)在尚屬空白。為了提高相關(guān)性要把握材料、制品的特性，選擇實(shí)際使用環(huán)境中的光源和試驗(yàn)條件。