材料老化測試,選紫外老化?還是氙燈老化?

2021-01-15 金鑑LED技術好文章推選

材料老化主要表現在變色、失光、強度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。儘管大家都認同產品的耐候性和耐光性很重要,但對於在實驗室,是採用紫外老化測試還是氙燈老化測試?卻往往毫無頭緒。

光照(特別是紫外線)

對於經久耐用的材料,如大多數塗料、塑料,短波紫外線是引起大部分聚合物老化的原因。然而,對於不是那麼經久耐用的材料,長波紫外線甚至可見光也會對其造成嚴重的危害。


高溫

當溫度升高時,光的破壞作用也將隨之增大,儘管溫度不影響主要的光致化學反應,但卻影響後繼的化學反應。實驗室老化測試必須提供精確的溫度控制,通常還通過升溫的方法來加速老化。


潮溼

露水造成的危害比雨水更大,因為它附著在材料上的時間更長,形成更為嚴重的潮溼吸收。然而也不能忽視的是溫度驟降造成的熱衝擊。比如當一輛汽車在一個炎熱夏日溫度升高卻突然因陣雨而急劇散熱,這種情況下雨水會產生應力侵蝕。


這三個因素中的任一個都會引起材料老化,而且它們往往同時發生,所造成的危害都大於任一因素單獨作用所造成的。因此在實驗室,有些材料在光照或者潮溼條件的單獨作用下的耐久性好,但在兩者的協同作用下,往往會失效。

QUV紫外老化試驗箱利用螢光紫外燈管來模擬太陽光對耐久耐用材料的破壞作用。這些燈管在電學原理上與普通照明用的冷白燈管很相似,但它主要發射紫外光而非可見光或紅外光。

紫外老化試驗箱對於不同的最終使用條件,需要不同光譜進而選擇不同類型的燈管。常見的燈管類型包括UVA燈管以及UVB燈管。

UVA-340 燈管在短波紫外線波段可最佳模擬太陽光


Q-SUN氙燈試驗箱被認為可最好模擬全光譜太陽光,因為它們可產生紫外線,可見光和紅外線。氙燈光譜受兩個因素影響:濾光系統和光源穩定性。

氙燈試驗箱產生的光譜是全光譜太陽光,必須使用不同類型的玻璃過濾器以得到不同的光譜。ASTM G155 中定義了三種類型經常使用的過濾器:日光、窗玻璃和紫外延展過濾器。


1.  日光過濾器:通常被推薦用來研究與自然老化之間的相關性

2.  窗玻璃過濾器:其產生的光譜與透過玻璃的太陽光譜非常相似,常被用於測試室內光穩定性。

3.  紫外延展過濾器:常被用於提供更快的測試結果。

在戶外,材料由於露水每天有12個小時潮溼狀態。為了更真實的模擬戶外潮溼侵蝕。QUV用特殊的冷凝功能再現戶外露水潮溼。


而大多數氙燈試驗箱通過水噴淋或溼度控制系統來模擬潮溼的影響。相比冷凝功能,水噴淋在模擬熱衝擊和機械侵蝕方面更好。

QUV/se 紫外老化試驗箱和 Q-SUN Xe-1氙燈老化試驗箱的價格差不多,但它們的樣品容量相差很大。QUV 紫外老化試驗箱大約是 Q-SUN Xe-1容量的 5 倍。QUV 紫外老化試驗箱的容量比 Q-SUN Xe-3 的也大,Q-SUN Xe-3 氙燈老化試驗箱的樣品容量僅為 QUV 的 72%。

QUV 紫外老化試驗箱可安裝相對較薄的平板或樣品。而Q-SUN氙燈老化試驗箱可測試樣品的類型比較靈活,除了可測試平面試樣外,還可測試三維部件、試管及玻璃皿。

標準參考應當成為你選擇測試設備是一個重要的考慮的因素,QUV紫外老化試驗箱和Q-SUN老化試驗箱分別有不同的標準適用範圍,下表簡單羅列了兩款設備的滿足的標準要求。

回到最初的問題,材料耐候老化測試該紫外加速老化試驗機還氙燈試驗箱?

不存在一種測試技術能夠滿足所有材料和應用條件。您所選擇的方法取決於您的測試目的、關注哪些變化、時間安排、經費預算等。(來源:翁開爾)


下面我們盤點一下材料老化實驗知識:



人工加速老化測試



1.熱老化性能試驗


在常壓和規定溫度的熱空氣作用下,使材料經過一定時間後測定其某項或某幾項性能指標。根據相同或不同溫度條件下各周期性能指標變化的情況,判斷材料的熱穩定性,推算貯存期和使用期。


▎測試儀器:



重力對流式(自然通風)熱老化試驗箱


強制通風式熱老化試驗箱


適用產品範圍:電氣絕緣材料的耐熱性試驗,電子零配件,塑化產品及橡膠製品。


樣品要求:

根據GB/T 7141,

1)在所選的每個周期和溫度下每種材料至少暴露三個平行試樣;

2)試樣厚度相當於但不大於預期應用中的最小厚度;

3)試樣的製作方法應與其在預期應用中的相同;

4)一系列溫度的所有試驗試樣均應為同一批次。


相關測試標準:

GB/T 7141 塑料老化試驗方法

GB/T 3512 硫化橡膠或熱塑性橡膠 加熱老化和耐熱試驗

ASTM D5510 Heat Aging of Oxidatively Degradable Plastics

JIS K 6257 硫化橡膠和熱塑性橡膠 熱老化性能測定


2.溫溼老化試驗


在大氣環境下,溫度(熱)和溼度(水分)都會導致高分子材料的老化。溼熱老化試驗通過模擬溫度和溼度環境對高分子材料進行加速老化,以評估材料在應用過程中的耐溫度和溼度的老化性能。


測試儀器:

溼熱老化試驗箱


適用產品範圍:塑料、橡膠等高分子材料。


樣品要求:

試驗樣品應在不包裝、不通電、準備使用狀態或按有關標準的其他規定放入試驗箱中。如沒有規定特定的安裝架,那麼安裝架的熱傳導應儘可能低,使得實際上對所有的試驗樣品都是絕熱的。


相關測試標準:

GB/T 2423.3:試驗Cab: 恆定溼熱試驗

GB/T 2423.4:試驗Db: 交變溼熱試驗

GB/T 15905 硫化橡膠溼熱老化試驗方法

GB/T 2573  玻璃纖維增強塑料老化性能試驗方法

ASTM D2126 Response of Rigid Cellular Plastics to Thermal and Humid Aging


3.臭氧老化試驗


臭氧在大氣中的含量很少卻是橡膠龜裂的主要因素,特別是對含雙鍵的橡膠材料,有極強的破壞能力。


臭氧老化的試驗方法,就是將橡膠試樣在靜態或動態應變條件下置於含一定濃度的臭氧和溫、溼度的環境中曝露,觀測試樣性狀的變化,以評價橡膠的耐臭氧老化性能,並以此為依據制定積極的防護措施。


測試儀器:

臭氧老化試驗箱


適用產品範圍:非金屬材料、橡膠製品,以及TPU、EPDM等新型彈性體。


樣品要求:

根據ASTM D1149

1)樣品尺寸:長100±25mm(4±1英寸)*寬10.00±0.03mm(0.40±0.01英寸)

2)建議將待測的橡膠樣品放置在鋁製薄片或者0.1mm的聚酯薄膜上,以便於取下。

3)需要對不帶襯片的樣片在23±2oC無臭氧條件下進行24.0±0.5小時的預先測試。


相關測試標準:

GB/T13642  硫化橡膠耐臭氧老化動態拉伸試驗法

GB/T 7762 硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態拉伸試驗

GB/T 24134 橡膠和塑料軟管 靜態條件下耐臭氧性能的評價

ASTM D1149 Rubber Deterioration——Cracking in an Ozone ControlledEnvironment

JIS K 6259 加硫橡膠或熱塑性橡膠-耐臭氧劣化的試驗方法


4.氙弧燈老化試驗


利用惰性氣體氙在超高電壓下原子被激發電離放電產生弧光來模擬自然條件下劣化的再現性試驗。氙弧燈與太陽光放射照度有較好的一致性,更接近太陽光,其中紫外線佔11%,可視光佔89%,並且可以模擬黑夜及淋雨現象。


測試儀器:



氙弧燈老化試驗箱


適用產品範圍:塑膠、塗料、橡膠、油漆、電子等


樣品要求:

根據ASTM G151

1)待測樣品的尺寸一般是按照光照曝露後的材料性能測試的要求所制定的,

2)如果樣品涉及從大的部件裁剪下來,應儘量保證裁剪過程不會影響材料性能測試,

3)除非有特殊要求,儘量不要將已將經過曝露過的樣品進行裁剪,因為經過測試的樣品可能會變脆,

4)如果要將大的測試過的樣品進行裁剪,應該從至少被儀器固定住的邊緣20mm處進行裁剪。

5)無破壞的樣品數至少3個,有破壞的樣品至少6個。


相關測試標準:

GB/T 16422.2 塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第2部分:氙弧燈

GB/T8427紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度:氙弧

GB T 1865 色漆和清漆 人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射

ASTM G155  Operating Xenon Arc LightApparatus for Exposre of Non-Metallic Materials.

ASTM G151 Exposing Nonmetallic Materials in Accelerated TestDevices that Use Laboratory Light Sources


5.紫外燈老化試驗


紫外螢光燈可模擬關鍵的短波紫外線,並能完整真實地重現太陽光、雨水和露水造成的損害。損傷類型主要有褪色、光澤消失、粉化、龜裂、開裂、模糊、起泡、脆化、強度減小和氧化。


測試儀器:


紫外燈老化試驗箱


適用產品範圍:塑膠、塗料、橡膠、油漆等。


樣品要求:

根據GB/T 14522

塑料:參見GB/T 16422.1試樣製備要求

塗料:一般按GB/T 9271的規定製備試樣底板,底板採用相應產品實際使用的材料,如木材、金屬、塑料等,底板應平整,其尺寸應適合設備試樣架的大小。

橡膠:

GB/T 16422.1中對試樣的要求適應於橡膠,

對於在應力狀態下的試驗,按GB/T 7762製備試樣,

按GB/T2941進行試樣的狀態調節。

建議將一個對照樣品和試樣同時進行暴露,以提供一個比較的標準。


相關測試標準:

GB/T 16422.3 塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分:螢光紫外燈

GB/T18950  橡膠和塑料軟管 靜態下耐紫外線性能測定

GB/T 14522機械工業產品用塑料塗料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法螢光紫外燈

ASTM G154 Operating Fluorescent Light Apparatus for UV Exposure ofNonmetallic Materials


6.碳弧燈老化試驗


碳弧燈分為兩種,一種是封閉式碳弧燈,一種是日光碳弧燈,這兩種都是應用於早期的設備,前者用於紡織品耐光測試,後者最初用於塗層的耐光試驗。


由於碳弧燈的光譜分布與太陽光相差較大,特別是封閉式碳弧燈,既無日光中的短波紫外輻射,在使用過程中要求每48h至72h換一次碳棒,使用成本較高,在我國應用較少,在日本廣泛使用,目前我國與日本合資的汽車企業依然推薦使用這種光源。


測試儀器:



碳弧燈老化試驗箱


適用產品範圍:紡織品,纖維材料,塑料,人造革,硫化橡膠等。


樣品要求: 同上氙弧燈老化試驗(參照ASTMG151)


相關測試標準:

GB/T 16422.4塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第4部分:開放式碳弧燈

ASTM G153 Operating Enclosed Carbon Arc Light Apparatus for Exposure ofNonmetallic Materials

JIS D0205 汽車零部件耐氣候性的檢測方法

JIS B7753 Light-exposure and light-and-water-exposure apparatus (Open-flamecarbon-arc type)

JIS K7350-4 塑料.試驗室光源照射法.第4部分:明火碳弧燈

高分子材料老化測試標準匯總

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  • 材料老化測試,選紫外老化?還是氙燈老化?!!
    回到最初的問題,材料耐候老化測試該紫外加速老化試驗機還氙燈試驗箱?不存在一種測試技術能夠滿足所有材料和應用條件。您所選擇的方法取決於您的測試目的、關注哪些變化、時間安排、經費預算等。(來源:翁開爾)下面我們盤點一下材料老化實驗知識:人工加速老化測試1.熱老化性能試驗
  • 紫外老化試驗箱與氙燈老化試驗箱的區別分析
    紫外耐氣候老化試驗箱採用螢光紫外燈為光源,通過模擬自然陽光中的紫外線輻射和噴淋(模擬下雨)、冷凝(模擬溼氣露水),對塗料、塑粉、塑料材料進行加速耐候性試驗,以獲得材料耐候性的結果。
  • 氙燈老化試驗4類常見問題
    我們可以從該材料的運輸、儲存、使用環境以及其老化機理等方面考慮,確定試驗方法。例如硬聚氯乙烯型材,使用聚氯乙烯為原料,添加穩定劑、顏料等助劑加工而成,主要用於室外。從聚氯乙烯的老化機理考慮,聚氯乙烯受熱易分解;從使用環境考慮;空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。
  • 可靠性測試之老化測試,幫你解讀時光的密碼!
    今天我們說的老化測試,通俗點說,老化測試就是把產品放入老化箱一段時間後看看產品在老化前後發生的變化,老化測試最常見的是紫外老化,氙燈老化,臭氧老化,熱空氣老化。常見的需要進行老化測試的產品主要是橡膠、塑料、膠黏劑等高分子產品,還有塗料、金屬等產品。
  • 氙燈耐氣候老化試驗箱試驗目的
    氙燈耐氣候老化試驗箱通過模擬自然陽光長期暴露作用的加速試驗,以獲得材料耐侯性的結果。為了得到暴露整個過程完整的特性,需要測定試驗樣品在多個暴露階段的變化。此方法也可以用於估計材料產生某一規定變化時所需的輻照量。
  • 7種高分子材料老化試驗方法
    另外一種便是人工氣候老化試驗,人工氣候老化試驗即是指人通過在室內對真實大氣環境條件進行模擬或者是加強某一環境因素以在短時間內獲得材料老化行為的老化試驗方法,這又被稱為人工模擬老化或者人工加速老化。人工氣候老化通常是在人工氣候老化箱內進行的。通常使用的人工氣候老化箱主要有氙燈氣候老化老化箱、螢光燈氣候老化試驗箱以及碳弧燈氣候老化試驗箱等。
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    下面列舉一些常見的老化可靠性檢測設備:【紫外老化測試】 採用螢光紫外燈為光源,通過模擬自然陽光中的紫外輻射和冷凝,對材料進行加速耐氣候性試驗,以獲得材料耐候性的結果。用來評估材料在顏色變化、光澤、裂紋、起泡、催化、氧化等方面的變化。
  • 金鑑LED檢測|紫外老化測試
    針對此種現象,金鑑實驗室特推出紫外老化測試業務,幫助廣大客戶鑑別材料質量。紫外光耐氣候測試適用於非金屬材料的耐陽光和人工光源的老化試驗。金鑑LED品質實驗室試驗模擬陽光、潮溼和溫度對材料的破壞作用;材料老化包括褪色、失光、強度降低、開裂、剝落、粉化和氧化等。
  • 材料老化試驗詳解及其國家標準
    像電子產品放進溫度老化箱裡出來就知這產品經過高溫後的各種特性和經過高溫後的成品率是多少等等;電纜,外牆漆等經這紫外線老化測試儀就可預知這類產品在室外的壽命是多長;根據產品不同要求,老化測試試驗設備也不同,試驗的要求也不一樣。總之,老化試驗就是對產品壽命和在使用過程中能達到最佳效果而進行的一項測試。
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    氙燈老化試驗機和紫外線老化箱同樣是光老化試驗設施,不同的是老化實驗箱功能比較全面,因為箱內安裝的氙燈燈管能夠模擬太陽光的全光譜,這是紫外線老化箱所不能做到的,那麼氙燈老化試驗機其中的一個參數指標光福照度是什麼意思呢?
  • 夏季高溫 汽車高分子材料的耐熱老化性能不可忽視
    然而,汽車大多數情況下曝露在外部環境中,尤其是進入夏季之後,高溫以及強烈的紫外線照射,對車用非金屬材料的耐熱老化性能的要求更高,因此車用非金屬材料的耐熱老化性能測試不可忽視。 為了促進汽車製造的發展,不斷地改進車用材料的工藝,製造出更好的產品,各大汽車製造商也都在各種氣候條件下進行了各種材料的耐熱老化試驗。
  • 高分子材料日常老化試驗
    高分子材料往往由於生物黴菌、物理、化學、加工成型方法、組成高分子材料的基本成分、高分子化學結構、聚集態結構及配方條件等導致高分子材料的老化。高分子的老化失效問題已成為限制高分子材料進一步發展和應用的關鍵問題之一,因此如何進行高分子材料的老化性能試驗,如何評價高分子材料的老化性能成為高分子研究領域的重點。
  • 巨鹿熱老化試驗裝置生產廠家《發瑞儀器》
    巨鹿熱老化試驗裝置生產廠家《發瑞儀器》老化試驗機是環試行業中的一種產品總稱,上海發瑞儀器為大家介紹一下老化試驗機包含:臭氧老化、紫外老化、氙燈老化、高溫老化、鹽霧腐蝕老化等眾多老化試驗方式。工作原理如下:巨鹿熱老化試驗裝置生產廠家《發瑞儀器》100=白色。物體呈現紅色或綠色,由a*的數值來表示。
  • 淮南老化測試箱生產廠家《發瑞儀器》
    淮南老化測試箱生產廠家《發瑞儀器》另外,儀器測量的數值是連續的,可進行統計分析。在老化領域,光澤、鮮映性(DOI)和顏色使用光電儀器測量。這些儀器用於檢測材料暴露和未暴露部分的表面外觀性能,以判斷產品的使用年限。對於戶外老化測試,採用儀器測量時強烈建議,對暴露樣品的清洗過的表面部分進行測試。
  • 光伏組件加速老化衰減測試研究
    1.光伏組件加速老化實驗條件分析一般而言,不論是高分子材料老化分析或是半導體加速老化分析,都會引用IUPAC(InternationalUnion of Pure and Applied Chemistry) 所定義的阿倫尼烏斯方程(Arrhenius)[2],其原本是用來定義反應速率的方程式,但進一步整理後可作為加速老化實驗分析方程式:
  • 「案例分析」熱氧老化中,樣品擺放位置對測試結果的影響探究
    塑料在加工成型、儲存、運輸和使用過程中都不可避免地要在空氣環境中受到熱和氧的作用,致使發生熱氧老化,導致其性能降低,以致完全喪失使用價值。熱空氣老化試驗是用於評定材料耐熱老化性能的一種簡便的人工模擬加速環境試驗方法,目的是在較短時間內評定材料對高溫的適應性以及相互比較材料高溫適應性。
  • EVA的交聯度對組件老化性能的影響
    主要包括:EVA的拉伸強度、斷裂伸長率以及EVA與鋼化玻璃/背板的剝離強度等測試。測試結果表明:EVA的交聯度對其抗溼熱老化、抗紫外老化性能有明顯的影響。總的來說:交聯度越高其抗溼熱老化性能越強,但隨著交聯度的增大,EVA的紫外老化性能會先增強後降低。並發現EVA的交聯度也會隨著材料的老化發生一定變化。   關鍵詞:紫外老化、溼熱老化、交聯度、拉伸強度、斷裂伸長率、剝離強度、耐候性。
  • 背板環境老化測試分析之系列—黃變篇
    ,所以含氟背板較非氟背板具有更好的耐紫外等耐候性能針對背板材料的耐候性能,IEC有專門的測試項目和測試標準,如紫外老化,溼熱老化(85度,85%溼度),溼凍試驗(HF,-40度至+85度,85%溼度),溫度循環(TC,-40度至+85度)等。
  • 500W高功率光伏組件環境老化加嚴測試
    基於目前的IEC 61215系列和IEC61730系列等標準,環境老化測試涉及到的因素包括溫度、溼度、光照等。如:·溼熱試驗(85℃,85%RH,1000h)·熱循環試驗(-40℃~85℃,50或200個循環)·溼凍試驗(-40℃~85℃,特定階段85%RH,10個循環)·紫外預處理試驗(60℃,15kWh/m2或60kWh/m2的UV累計輻照量)·材料蠕變試驗(95℃或105℃,200h)·低溫試驗(-40℃,48h)
  • 如何預防醫療器械高分子材料老化?
    這不僅造成資源浪費,甚至會因其功能失效釀成更大的事故,而且其老化引起的材料分解也可能會對環境產生汙染。因此高分子材料的老化引起的危害要比想像的嚴重得多。 老化現象 由於聚合物品種不同,使用條件各異,因而有不同的老化現象和特徵。