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2021-02-08 嘉峪檢測網

高分子材料在其合成、貯存及其加工和最終應用的各個階段都可能發生變質，即材料的性能變壞，例如泛黃、相對分子質量下降、製品表面龜裂、光澤喪失，更為嚴重的是導致衝擊強度、撓曲強度、拉伸強度和伸長率等力學性能大幅度下降，從而影響高分子材料製品的正常使用。這種現象稱為塑料的化學老化，簡稱老化。從化學的角度上看，塑料材料無論是天然的還是合成的，都具有一定的分子結構，其中某些部位具有一些弱鍵，這些弱鍵自然地成為化學反應的突破口。塑料老化的本質無非是一種化學反應，即以弱鍵發生化學反應（例如氧化反應）為起點並引發一系列化學反應。它可以由許多原因引起，例如熱、紫外光、機械應力、高能輻射、電場等等，可以單獨一種因素，也可以多種因素共同作用。其結果是高分子材料的分子結構發生改變及相對分子質量下降或產生交聯，從而材料性能變壞，以至無法使用。

最常見的致老化因素為熱和紫外光，因為塑料從生產、貯存、加工到製品使用接觸最多的環境便是熱和陽光（紫外光）。研究由這兩類環境造成的塑料老化對於實際操作者具有特別重要的意義。

為什麼做老化測試？

1、材料、配方的篩選

2、競爭對手間的比較

3、尋求失效機理

4、提高耐老化性能

5、壽命預估

戶外暴曬的優點與不足

戶外直接曝光是指直接暴露在日光和其它的氣候條件下，是最直接評估材料耐候性能的方法。

優點:

吻合性很好

簡單，易於操作

絕對成本低

不足:

通常周期非常長

全球氣候多樣性

不同樣品在不同氣候下敏感性不一致

一、碳弧燈光老化試驗方法

碳弧燈是一種較古老的技術，碳弧儀器最初被德國合成染料化學家用來評估被染紡織品的耐光度。碳弧燈分為封閉式和開放式碳弧燈，無論哪種碳弧燈，其譜圖與太陽光的譜圖相差都比較大。由於該項目技術的歷史較長，最初的人工模擬光老化技術都是採用該設備，因此在早些的標準中還能見到該方法，尤其是在日本的早期標準中常常採用碳弧燈技術作為人工光老化試驗手段。


Suga陽光型碳弧老化機

Suga封閉型碳弧老化機

二、氙燈光老化試驗方法

氙弧燈能模擬完整的全太陽光光譜，它包括了紫外光、可見光和紅外光光譜。經過過濾的氙弧燈是測試顏料、染料和油墨等產品的光穩定性的最佳光源，這些產品對太陽光中的長波光和可見光很敏感。氙弧燈可以精確調節其光譜能量分布，可以模擬各種條件下的自然光，從大氣層外的太陽光到透過玻璃窗的日光等。另外，通過改變氙燈的輻照強度、溫度、溼度等參數，可以模擬不同產品的使用環境，如汽車內外等。圖3為氙燈不同輻照度與自然光的光譜對比，其中光強0.55 W/m2與自然光最為相近。目前使用氙燈進行人工加速老化試驗已成為一種首選的、通用的光老化試驗方法，而且相應的氙燈老化試驗方法也很多，如ISO、ASTM、SAE J、GM等。

三、紫外螢光燈光老化試驗方法

螢光紫外燈是波長為254nm的低壓汞燈，由於加入磷共存物使其轉換成較長的波長，螢光紫外燈的能量分布取決於磷共存物產生的發射光譜和玻璃管的傳擴。螢光燈分為UVA與UVB，你的暴露應用決定了應該使用哪一類的紫外燈管。下表為UV燈管的分類與適用範圍。


UVA

UVB

特點

UVA 燈管對於比較不同類型的聚合體測試特別有用。由於 UVA 燈管沒有任何低於正常陽光的295納米截止點的輸出，通常它們使材料的降解不如 UVB 燈管快。然而，它們通常能得到對實際戶外老化的更好的相關性。

UVB 燈管廣泛用於耐久性材料的快速、節省的測試。當前有兩種類型的 UVB燈管。它們產生相同的紫外線波長，但產生的總能量則不同。所有的 UVB 燈管發射短波紫外線，低於陽光截止點的 295 納米。儘管這是短波紫外線加速測試，有時卻會導致異常的結果。

主要燈管型號

UVA-340

UVA-351

UVB-313EL

QFS-40

適用範圍

UVA-340 可在臨界短波的 365 納米下至陽光截止點 295 納米的區域內提供對陽光最佳的仿真。峰值發射在 340 納米。UVA-340 燈管對於不同配方的比較測試特別有用。

UVA-351 模仿穿過窗玻璃的陽光的紫外線部分。這對室內應用最有效，特別是複製在窗口環境下發生的聚合體損失。此燈管在家電塗料與汽車內部塗料應用較多。

UVB-313EL 是用作 UVB 暴露的最為廣泛使用的QUV燈管。它在對非常耐用的產品，如汽車塗料和屋頂材料測試的最大化加速方面非常有用。UVB-313EL 燈管還經常被用於 QC 應用。

這是原始的 QUV 燈管。QFS-40 燈管已被使用了多年，並仍然在許多測試方法中被指定使用，特別是汽車塗料類的使用。QFS-40 在 QUV/基本型中得到了最佳應用。


四、金屬滷素光老化試驗方法

金屬滷素燈是一種氣體放電燈，利用金屬滷化物通電可以提供與直射和散射非常相似的光譜能量的分布。該方法具有高效性，通過對多個放射光源一定的放置方式，可以產生單一的照射光源效果。金屬滷素燈的光譜分布與地球表面接收到的太陽光非常相似，但由於金屬滷素燈規模比較大，主要適用於汽車整車及其零部件及電工電子產品等大型設備的人工光老化加速試驗。

光老化測試相關標準

ASTM G154/G53 非金屬材料螢光紫外燈曝露試驗操作

ASTM D4329-05 塑料的螢光紫外線曝露試驗

ASTM D4674-02a 曝露於室內辦公環境下塑料色牢度加速測試

ISO 4892-3: 2006 塑料一實驗室光源曝露一螢光紫外燈

GB/T 16422.3-1997 塑料實驗室光源暴露試驗一螢光紫外燈

ASTM G155/G26 非金屬材料氙燈曝露試驗

ASTM D2565-99(2008) 戶外用塑料缸燈曝露

ASTM D4459-06 戶內用塑料氙燈曝露

ISO 4892-2: 2006 塑料一實驗室光源曝露一氙燈

GB/T 16422.2:1999 塑料實驗室光源曝露試驗一氙燈

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來源：UTPE論壇

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