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耐候性加速试验的方法

 前言

耐候性加速试验就是在比实际使用更短的时间内,掌握制品及橡胶原材料在实际使用环境下的老化过程,这对提高制品及橡胶原材料的性能是非常重要的。

1 耐候性加速试验装置

试验装置中的光源可使用自然光和实验室光源( 人工光源) 。

1. 1 使用太阳光源的耐候性加速试验装置

1) 夫列涅耳( フレネル) 反射集光促进暴露试验装置

曝晒试验装置

这是一种一边追踪太阳光,一边用10 面反射镜反射集中太阳光,使之照射在试样上的装置。因为是使用自然太阳光,所以,由于季节的不同照射在试样上的照射度( 光的强度) 也有所不同。另外,由于使用的是镜子,所以其试验场地要限定在干燥地区( 例如沙漠等) 。试验装置设置在亚利桑那( ワリゾナ) ,其加速程度约是佛罗里达( ワロリダ) 州的6 倍( 见图1,对照ISO877, JISK7219,ASTMG90 标准) 。

2) 可控制温湿度的追踪太阳光型暴露装置

把试样放入玻璃( 汽车内装饰材料) 箱内,使之暴露在太阳光下。装置会自动追踪太阳光,白天箱内空气温度维持在70 ℃,夜间空气温度维持在38 ℃,相对湿度维持在75%。

1. 2 使用试验室光源的耐候性加速试验装置

1) 氙弧灯装置

这是一种光源分布近似于太阳光的氙弧灯照射装置,它分为水冷却和空气冷却两种类型。装置上的灯泡玻璃通过过滤能够模拟室外光或穿过窗户玻璃的太阳光。另外,可以不改变分光的分布就能够控制照射程度( 见图2) 。

装有灯泡过滤玻璃的氙弧灯和太阳光

装有灯泡过滤玻璃的氙弧灯和太阳光

2) 紫外线萤光灯装置

使用紫外线萤光灯作为光源,规定了3 种不同分光分布的灯泡( 室外、模拟透过窗户玻璃、筛选用) 。使用实验室光源试验成本比较低( 见图3) 。

紫外线萤光灯装置和太阳光

紫外线萤光灯装置和太阳光

3) 开放式框架碳弧灯

这是一种使用镀铜碳棒和平板滤光玻璃 ( 光源波长为350 ~ 450 nm) ,具有与太阳光不同分光分布的装置。但它不能控制照射度( 见图4) 。

开放式框架的碳弧灯和太阳光( 阳光碳弧)

开放式框架的碳弧灯和太阳光( 阳光碳弧)

4) 使用其它光源的装置也有使用密封石墨灯、汞灯、金属卤化灯、卤素灯等作为光源的装置。

2 试验时的要点

进行耐候性加速试验时,要注意以下几点。若不确定试验条件就难以掌握在实际使用环境下制品及原材料的正确的老化反应过程。

2. 1 光源的选择

选择光源可采用分光分布近似于太阳光的氙弧灯,以及符合MIL SFD810,SFTP DIN75 220 等国际规格的卤化金属灯。选择近似于太阳光光源的理由是:

1) 试样的感应波长

试样能分别感应不同的老化反应的波长。假如地球上没有太阳光的照射( 波长) 所造成的老化的话,那么材料在室外就难以产生光老化。所以选择能对材料产生反应的波长进行照射,使其发生老化反应。

2) 试样的颜色

试样的颜色各异,在室外由于试样的颜色不同温度也不一样。由于颜色造成的温度差即使进行试验也不能重现,试验结果和在室外的大相径庭。要重现温度差,从光源里射出的光的波长要在650 ~ 800 nm 范围内,这种照射与太阳光具有同等的水平,这一点是很重要的 ( 见图5) 。

试样颜色不同所导致的试样表面温度差

试样颜色不同所导致的试样表面温度差

2. 2 试验条件,试验时间( 周期)

为了尽快得到试验结果,也有将放射能或试验温度提到很高水平的做法,但多半情况下这样的做法与室外试验相差甚远。试验时试样的热历程、湿度对其有很大影响。

1) 对光和温度的反应性

试样对光有反应性( 强弱不等) ,对温度也有反应性( 强弱各异) 。对光反应性低、温度反应性高的材料来说,如果提高温度就会促进其老化,但提高光能( 放射能) 却不能促进其老化; 其次,对光、温度反应性的强弱因试样的不同而有所区别。

2) 吸湿性、水解

试样的吸湿性有高低之分,遇水会分解或不分解。吸湿性高、遇水分解的试样在试验时往往在试验条件中要增加黑暗周期( 光源关闭) 条款来促进其老化,这样可以提高相关性。

3) 加湿、喷撒雾水

水对试样有直接的影响,特别是水附着在含有白炭黑的试样的表面会对试验结果产生负面影响。所以,加湿、喷撒雾水要用高品质的水 ( 如离子交换水、蒸馏水等) 。

3 结语

通过采用耐候性加速试验方法来获取100%的相关性,这样的装置现在尚属空白。为了提高相关性要把握材料、制品的特性,选择实际使用环境中的光源和试验条件。