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材料老化测试,选紫外老化?还是氙灯老化?

更新时间:2020-11-16  |  点击率:1687
  材料老化主要表现在变色、失光、强度下降、龟裂、剥落、粉化及氧化等。尽管大家都认同产品的耐候性和耐光性很重要,但对于在实验室,是采用紫外老化测试还是氙灯老化测试?却往往毫无头绪。
 
  光照(特别是紫外线)
 
  对于经久耐用的材料,如大多数涂料、塑料,短波紫外线是引起大部分聚合物老化的原因。然而,对于不是那么经久耐用的材料,长波紫外线甚至可见光也会对其造成严重的危害。
 
  高温
 
  当温度升高时,光的破坏作用也将随之增大,尽管温度不影响主要的光致化学反应,但却影响后继的化学反应。实验室老化测试必须提供准确的温度控制,通常还通过升温的方法来加速老化。
 
  潮湿
 
  露水造成的危害比雨水更大,因为它附着在材料上的时间更长,形成更为严重的潮湿吸收。然而也不能忽视的是温度骤降造成的热冲击。比如当一辆汽车在一个炎热夏日温度升高却突然因阵雨而急剧散热,这种情况下雨水会产生应力侵蚀。
 
  这三个因素中的任一个都会引起材料老化,而且它们往往同时发生,所造成的危害都大于任一因素单独作用所造成的。因此在实验室,有些材料在光照或者潮湿条件的单独作用下的耐久性好,但在两者的协同作用下,往往会失效。
 
  QUV
 
  QUV紫外老化试验箱利用荧光紫外灯管来模拟太阳光对耐久耐用材料的破坏作用。这些灯管在电学原理上与普通照明用的冷白灯管很相似,但它主要发射紫外光而非可见光或红外光。
 
  紫外老化试验箱对于不同的终使用条件,需要不同光谱进而选择不同类型的灯管。常见的灯管类型包括UVA灯管以及UVB灯管。
 
  UVA-340灯管在短波紫外线波段可模拟太阳光
 
  Q-SUN
 
  Q-SUN氙灯试验箱被认为可模拟全光谱太阳光,因为它们可产生紫外线,可见光和红外线。氙灯光谱受两个因素影响:滤光系统和光源稳定性。
 
  氙灯试验箱产生的光谱是全光谱太阳光,必须使用不同类型的玻璃过滤器以得到不同的光谱。ASTMG155中定义了三种类型经常使用的过滤器:日光、窗玻璃和紫外延展过滤器。
 
  1.日光过滤器:通常被推荐用来研究与自然老化之间的相关性
 
  2.窗玻璃过滤器:其产生的光谱与透过玻璃的太阳光谱非常相似,常被用于测试室内光稳定性。
 
  3.紫外延展过滤器:常被用于提供更快的测试结果。
 
  QUV
 
  在户外,材料由于露水每天有12个小时潮湿状态。为了更真实的模拟户外潮湿侵蚀。QUV用特殊的冷凝功能再现户外露水潮湿。
 
  Q-SUN
 
  而大多数氙灯试验箱通过水喷淋或湿度控制系统来模拟潮湿的影响。相比冷凝功能,水喷淋在模拟热冲击和机械侵蚀方面更好。
 
  QUV/se紫外老化试验箱和Q-SUNXe-1氙灯老化试验箱的价格差不多,但它们的样品容量相差很大。QUV紫外老化试验箱大约是Q-SUNXe-1容量的5倍。QUV紫外老化试验箱的容量比Q-SUNXe-3的也大,Q-SUNXe-3氙灯老化试验箱的样品容量仅为QUV的72%。
 
  QUV紫外老化试验箱可安装相对较薄的平板或样品。而Q-SUN氙灯老化试验箱可测试样品的类型比较灵活,除了可测试平面试样外,还可测试三维部件、试管及玻璃皿。
 
  标准参考应当成为你选择测试设备是一个重要的考虑的因素,QUV紫外老化试验箱和Q-SUN老化试验箱分别有不同的标准适用范围,下表简单罗列了两款设备的满足的标准要求。
 
  回到初的问题,材料耐候老化测试该紫外加速老化试验机还氙灯试验箱?
 
  不存在一种测试技术能够满足所有材料和应用条件。您所选择的方法取决于您的测试目的、关注哪些变化、时间安排、经费预算等。(来源:翁开尔)
 
  下面我们盘点一下材料老化实验知识:
 
  人工加速老化测试
 
  1.热老化性能试验
 
  在常压和规定温度的热空气作用下,使材料经过一定时间后测定其某项或某几项性能指标。根据相同或不同温度条件下各周期性能指标变化的情况,判断材料的热稳定性,推算贮存期和使用期。
 
  ▎测试仪器:
 
  重力对流式(自然通风)热老化试验箱
 
  强制通风式热老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:电气绝缘材料的耐热性试验,电子零配件,塑化产品及橡胶制品。
 
  ▎样品要求:
 
  根据GB/T7141,
 
  1)在所选的每个周期和温度下每种材料至少暴露三个平行试样;
 
  2)试样厚度相当于但不大于预期应用中的小厚度;
 
  3)试样的制作方法应与其在预期应用中的相同;
 
  4)一系列温度的所有试验试样均应为同一批次。
 
  ▎相关测试标准:
 
  GB/T7141塑料老化试验方法
 
  GB/T3512硫化橡胶或热塑性橡胶加热老化和耐热试验
 
  ASTMD5510HeatAgingofOxidativelyDegradablePlastics
 
  JISK6257硫化橡胶和热塑性橡胶热老化性能测定
 
  2.温湿老化试验
 
  在大气环境下,温度(热)和湿度(水分)都会导致高分子材料的老化。湿热老化试验通过模拟温度和湿度环境对高分子材料进行加速老化,以评估材料在应用过程中的耐温度和湿度的老化性能。
 
  ▎测试仪器:
 
  湿热老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:塑料、橡胶等高分子材料。
 
  ▎样品要求:
 
  试验样品应在不包装、不通电、准备使用状态或按有关标准的其他规定放入试验箱中。如没有规定特定的安装架,那么安装架的热传导应尽可能低,使得实际上对所有的试验样品都是绝热的。
 
  ▎相关测试标准:
 
  GB/T2423.3:试验Cab:恒定湿热试验
 
  GB/T2423.4:试验Db:交变湿热试验
 
  GB/T15905硫化橡胶湿热老化试验方法
 
  GB/T2573玻璃纤维增强塑料老化性能试验方法
 
  ASTMD2126ResponseofRigidCellularPlasticstoThermalandHumidAging
 
  3.臭氧老化试验
 
  臭氧在大气中的含量很少却是橡胶龟裂的主要因素,特别是对含双键的橡胶材料,有*的破坏能力。
 
  臭氧老化的试验方法,就是将橡胶试样在静态或动态应变条件下置于含一定浓度的臭氧和温、湿度的环境中曝露,观测试样性状的变化,以评价橡胶的耐臭氧老化性能,并以此为依据制定积极的防护措施。
 
  ▎测试仪器:
 
  臭氧老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:非金属材料、橡胶制品,以及TPU、EPDM等新型弹性体。
 
  ▎样品要求:
 
  根据ASTMD1149
 
  1)样品尺寸:长100±25mm(4±1英寸)*宽10.00±0.03mm(0.40±0.01英寸)
 
  2)建议将待测的橡胶样品放置在铝制薄片或者0.1mm的聚酯薄膜上,以便于取下。
 
  3)需要对不带衬片的样片在23±2oC无臭氧条件下进行24.0±0.5小时的预先测试。
 
  ▎相关测试标准:
 
  GB/T13642硫化橡胶耐臭氧老化动态拉伸试验法
 
  GB/T7762硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验
 
  GB/T24134橡胶和塑料软管静态条件下耐臭氧性能的评价
 
  ASTMD1149RubberDeterioration——CrackinginanOzoneControlledEnvironment
 
  JISK6259加硫橡胶或热塑性橡胶-耐臭氧劣化的试验方法
 
  4.氙弧灯老化试验
 
  利用惰性气体氙在超高电压下原子被激发电离放电产生弧光来模拟自然条件下劣化的再现性试验。氙弧灯与太阳光放射照度有较好的一致性,更接近太阳光,其中紫外线占11%,可视光占89%,并且可以模拟黑夜及淋雨现象。
 
  ▎测试仪器:
 
  氙弧灯老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:塑胶、涂料、橡胶、油漆、电子等
 
  ▎样品要求:
 
  根据ASTMG151
 
  1)待测样品的尺寸一般是按照光照曝露后的材料性能测试的要求所制定的,
 
  2)如果样品涉及从大的部件裁剪下来,应尽量保证裁剪过程不会影响材料性能测试,
 
  3)除非有特殊要求,尽量不要将已将经过曝露过的样品进行裁剪,因为经过测试的样品可能会变脆,
 
  4)如果要将大的测试过的样品进行裁剪,应该从至少被仪器固定住的边缘20mm处进行裁剪。
 
  5)无破坏的样品数至少3个,有破坏的样品至少6个。
 
  ▎相关测试标准:
 
  GB/T16422.2塑料实验室光源暴露试验方法第2部分:氙弧灯
 
  GB/T8427纺织品色牢度试验耐人造光色牢度:氙弧
 
  GBT1865色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射
 
  ASTMG155OperatingXenonArcLightApparatusforExposreofNon-MetallicMaterials.
 
  ASTMG151ExposingNonmetallicMaterialsinAcceleratedTestDevicesthatUseLaboratoryLightSources
 
  5.紫外灯老化试验
 
  紫外荧光灯可模拟关键的短波紫外线,并能完整真实地重现太阳光、雨水和露水造成的损害。损伤类型主要有褪色、光泽消失、粉化、龟裂、开裂、模糊、起泡、脆化、强度减小和氧化。
 
  ▎测试仪器:
 
  紫外灯老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:塑胶、涂料、橡胶、油漆等。
 
  ▎样品要求:
 
  根据GB/T14522
 
  塑料:参见GB/T16422.1试样制备要求
 
  涂料:一般按GB/T9271的规定制备试样底板,底板采用相应产品实际使用的材料,如木材、金属、塑料等,底板应平整,其尺寸应适合设备试样架的大小。
 
  橡胶:
 
  GB/T16422.1中对试样的要求适应于橡胶,
 
  对于在应力状态下的试验,按GB/T7762制备试样,
 
  按GB/T2941进行试样的状态调节。
 
  建议将一个对照样品和试样同时进行暴露,以提供一个比较的标准。
 
  ▎相关测试标准:
 
  GB/T16422.3塑料实验室光源暴露试验方法第3部分:荧光紫外灯
 
  GB/T18950橡胶和塑料软管静态下耐紫外线性能测定
 
  GB/T14522机械工业产品用塑料涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯
 
  ASTMG154OperatingFluorescentLightApparatusforUVExposureofNonmetallicMaterials
 
  6.碳弧灯老化试验
 
  碳弧灯分为两种,一种是封闭式碳弧灯,一种是日光碳弧灯,这两种都是应用于早期的设备,前者用于纺织品耐光测试,后者初用于涂层的耐光试验。
 
  由于碳弧灯的光谱分布与太阳光相差较大,特别是封闭式碳弧灯,既无日光中的短波紫外辐射,在使用过程中要求每48h至72h换一次碳棒,使用成本较高,在我国应用较少,在日本广泛使用,目前我国与日本合资的汽车企业依然推荐使用这种光源。
 
  ▎测试仪器:
 
  碳弧灯老化试验箱
 
  ▎适用产品范围:纺织品,纤维材料,塑料,人造革,硫化橡胶等。
 
  ▎样品要求:同上氙弧灯老化试验