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老化试验箱人工加速老化和自然老化测试结果的相关性

来源: /  作者:   时间: 2018/5/25 16:57:59

    长期以来,人工加速老化和自然老化测试结果间的相关性问题一直是业内关注的热点。一般来说,工业上要求快速地得出老化测试结果,同时要求实验室人工加速老化和自然老化测试结果间有较好的相关性,然而实际上这两个要求是相互矛盾的。人工加速老化方法使用比实际环境更高的测试温度、更短波长光源、更大的辐照强度,在加速材料老化进程的同时,降低了与自然条件材料老化结果的相关性。

    UV 加速老化设备配备的 UVA-340 灯管提供了一个新的解决方案 [1] 。 UVA-340 紫外灯光源能很好地模拟太阳光谱中短波紫外光 ( < 365 nm 部分 ) , 见图 1 所示。由于 UVA-340 紫外灯光源所模拟的太阳短波紫外光通常是引起聚合物破坏的主要原因,理论上这种方法的测试结果和户外自然老化的相关性较好。为了验证这一点,我们针对户外自然曝晒和使用 UVA-340 紫外光源人工加速老化的相关性进行了一系列的实验。


    1 实验

    本实验选用了环氧涂料、聚氨酯涂料以及聚酯涂料,分别进行户外自然曝晒和紫外人工加速老化实验,记录实验中样品光泽和颜色的变化。

    1.1 户外自然曝晒实验

    由于全球各地户外自然曝晒的情况很不相同,为了准确地评价实验,这里选择了三种不同的典型气候类型:亚热带气候 ( 佛罗里达的迈阿密 ) 、沙漠气候 ( 亚利桑那的凤凰城 ) 和美国北方工业型气候 ( 俄亥俄州的克里夫兰 ) 。

    户外自然曝晒严格按照 ASTM G7 《非金属材料的户外自然曝晒试验标准》执行。被测试样的背板为厚 1.6 mm 的夹板,试样架 45 °,朝南。


    1.2 人工加速老化实验

人工加速老化测试按照 ASTM G154 《非金属材料的紫外老化测试方法》执行。实验设备为紫外加速老化试验机  。该试验箱具有闭环反馈回路系统控制 [2] ,可设定并控制 UV 光辐照强度。试验使用 UVA-340 紫外灯管,光强峰值为 343 nm ,截止点为 295 nm 。为了排除不同温度对实验结果的影响,测试温度统一设定在 50 ℃。


    实验分别在三种不同的循环条件下测试:

    条件 1 : 4 h 紫外光照射, 4 h 冷凝; UVA-340 灯管的辐照点控制在 0.83 W/(m 2 • nm) @340nm ;整个测试循环温度控制在 50 ℃。本测试循环中紫外的辐照强度相当于夏天正午的太阳光照。

    条件 2 : 4 h 紫外光照射, 4 h 冷凝; UVA-340 灯管的辐照点控制在 1.35 W/(m 2 • nm) @ 340 nm ;整个测试循环温度控制在 50 ℃。条件 2 与条件 1 基本类似,但辐照度更强。

    条件 3 : 4 h 紫外光照射 (100 % 紫外辐照,无冷凝,无暗周期 ) ; UVA-340 灯管的辐照点控制在 1.35 W/(m 2 • nm) @ 340 nm ;整个测试循环温度控制在 50 ℃。


    2 结果与讨论

    2.1 环氧涂料

    样板为涂覆在钢板上的高光灰色环氧涂料。

户外自然曝晒在一开始就表现出快速地失光和粉化,曝晒 1 a 后,样板基本无光泽 ( 见图 2) 。此外,三个曝晒地点的样品都出现锈蚀现象,在佛罗里达的样板表面完全为锈斑所覆盖,而在亚利桑那和克里夫兰的样板有部分锈蚀。


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