塑料料具有許多優(yōu)異的性能, 在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但塑料老化問題一直影響著塑料的應(yīng)用范圍和效果。為了研究塑料老化的原因和規(guī)律,國(guó)內(nèi)外研究人員開展了自然氣候暴露試驗(yàn)和加速自然氣候暴露試驗(yàn)的研究[ 1]。

以往進(jìn)行加速自然氣候暴露試驗(yàn)所使用的氙燈耐候和光穩(wěn)定性試驗(yàn)機(jī)大多數(shù)為旋轉(zhuǎn)鼓式, 即被設(shè)計(jì)成容器內(nèi)中心安放一支氙燈管, 周圍是旋轉(zhuǎn)試樣架, 圍繞光源旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)鼓在20 世紀(jì)初應(yīng)用于碳弧燈加速老化試驗(yàn)機(jī)中。旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)有各種型號(hào), 其中一些轉(zhuǎn)鼓為垂直式, 另有一些是帶有角度的。該類試驗(yàn)機(jī)采用不同的手段控制各種測(cè)試參數(shù)。

近年來, 靜態(tài)、平板試樣安置方式的(以下簡(jiǎn)稱為靜態(tài)樣架)氙燈老化試驗(yàn)機(jī)已在塑料、涂料、紡織等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。如同旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)一樣, 這種靜態(tài)樣架老化試驗(yàn)機(jī)采用不同的手段嚴(yán)格控制測(cè)試環(huán)境, 并可控制老化試驗(yàn)的輻照度、黑板溫度、箱內(nèi)溫度及相對(duì)濕度等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。試驗(yàn)機(jī)采用一支或多支氙燈作為曝曬光源, 試樣平行安放在光源下方, 這種方式增加了被測(cè)試樣的數(shù)量。同時(shí)電源和輻照控制系統(tǒng)為專利設(shè)計(jì)的, 保證曝曬的精確性。試驗(yàn)機(jī)箱內(nèi)的反射墻即光源反射系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成能最大限度的均勻反射輻射光和模擬自然光,其溫度和相對(duì)濕度的控制裝置也是專利設(shè)計(jì), 以保證試驗(yàn)的穩(wěn)定性和一致性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1. 1 試樣規(guī)格

使用7 類塑料試樣, 其顏色及尺寸見表1。無論是透明還是不透明塑料, 其老化表現(xiàn)均為黃變, 其中透明塑料對(duì)光穩(wěn)定及光照變化敏感。

1. 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī): Ci 5000A 型, 美國(guó)Atlas Testing 公司;

靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī): Qsun Xe3HS 型,美國(guó)Q-lab公司。

1. 3 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

以汽車用材料為例, 外飾材料的老化性能按SAE J 2527用可控輻射氙燈測(cè)試汽車外用材料加速老化標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試;

內(nèi)飾材料的老化性能按SAE J 2412用可控輻射氙燈測(cè)試汽車內(nèi)飾材料加速老化標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試;

顏色色差計(jì)算按 ASTM D 2244儀器測(cè)量顏色色差計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

1. 4 實(shí)驗(yàn)方法

(1)試樣安放

旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)是在上、中、下三層垂直安放試樣, 每層可安放3 個(gè), 共可放置9 個(gè)試樣。如果試樣超過9 個(gè), 則在環(huán)繞中心的相對(duì)位置安放。而靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)是將試樣置于4 個(gè)試樣盤中, 每個(gè)盤最多可放置14 塊50 mm 100 mm 的試樣。然后將試樣盤再放置到試驗(yàn)機(jī)中。對(duì)于PS和PC 等汽車用塑料, 試樣架上無需背襯材料。推薦每間隔一段測(cè)試周期調(diào)整試樣盤的位置。

(2)測(cè)試條件

氙燈老化試驗(yàn)機(jī)內(nèi)設(shè)有日光濾光片, 控制輻射到試樣表面上波長(zhǎng)為340 nm 的光的輻照度為 0. 55W/m2, 黑板溫度為63 時(shí), 日光照射102 min; 隨機(jī)溫度時(shí)日光照射和噴淋 18 min; 每周更換一次試樣位置。靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的相對(duì)濕度控制約為15% , 旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的相對(duì)濕度控制為50% 。曝曬循環(huán)周期為2000 h。

(3)老化測(cè)量

老化測(cè)量采用積分球分光光度計(jì)的反射模式,采用D65照明、10觀察角、大范圍測(cè)量、包含反射和紫外光源測(cè)量。塑料的老化情況用黃色指數(shù)( b)表征。透明材料測(cè)量時(shí)需襯有白色的校準(zhǔn)板。

同時(shí), 每隔一定時(shí)間需測(cè)量裂紋的數(shù)量, 當(dāng)塑料表面的裂紋達(dá)到10 條時(shí), 應(yīng)取出該試樣并記錄老化時(shí)間。其余試樣按上述方式進(jìn)行, 直到所有被測(cè)試樣出現(xiàn)10 條裂紋。

2 結(jié)果與討論

2.1靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用

圖1 為兩種氙燈老化試驗(yàn)機(jī)對(duì)PS、PC 的老化結(jié)果。

由圖 1 可見, 靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的老化效果基本上等同于旋轉(zhuǎn)鼓式老化試驗(yàn)機(jī), 而其老化速度略快于旋轉(zhuǎn)鼓式老化試驗(yàn)機(jī), 其原因可能是不同老化機(jī)箱內(nèi)的溫度不同所致。另外發(fā)現(xiàn), 使用不同的濾光片對(duì)老化效果的影響不大, 尤其表現(xiàn)在PC 的老化結(jié)果上。靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的日光濾光片和旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的 CIRA/SL濾光片的性能很接近, 即通過正確選擇和使用相應(yīng)的濾光系統(tǒng)及曝曬條件, 兩者的老化結(jié)果接近一致。

2. 2 靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試結(jié)果

表2 列出采用靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)和旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)對(duì)PS 和PC 的測(cè)試結(jié)果誤差,其計(jì)算式為:

表2兩種老化試驗(yàn)機(jī)測(cè)試結(jié)果誤差比較

表2 可看出, 靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試誤差范圍僅為± 3% ~± 8% , 而旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的誤差范圍為± 3% ~± 13% 。

2. 3 靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用性能

靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)能提供更好的水噴淋循環(huán)裝置, 能更好地模擬雨水、露對(duì)材料性能的影響, 所以其老化測(cè)試的結(jié)果更接近于自然老化。

靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)使用簡(jiǎn)便, 用戶無需經(jīng)過復(fù)雜的培訓(xùn)即可操作。同時(shí), 它的維修費(fèi)用低廉、性能價(jià)格比合理。

目前, 大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織, 包括ISO 和ASTM 都傾向于發(fā)展以性能為基礎(chǔ)的測(cè)試手段和方式。這些方式規(guī)定了測(cè)試條件( 如輻照、光譜、溫度、濕度等)及可接受的性能范圍, 而不要求使用任何特殊的裝置和硬件配置。美國(guó)、日本等國(guó)先后制定了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn); 2003 年7 月 ISO 制定了 ISO 4892- 2實(shí)驗(yàn)光源下的塑料老化測(cè)試——第12 部分: 氙燈老化,靜態(tài)樣架老化試驗(yàn)機(jī)正是符合性能為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)的老化測(cè)試設(shè)備, 符合標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的方向。

3 結(jié)論

靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的老化效果基本上等同于旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī), 但其老化速度略快于旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī), 且其測(cè)試的誤差范圍僅為± 3% ~ ± 8%, 而旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的誤差范圍則為± 3%~ ±13%。同時(shí), 靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)能提供更好的水噴淋循環(huán)裝置, 其老化測(cè)試結(jié)果更接近自然老化, 并具有使用簡(jiǎn)便、維修費(fèi)用低廉、性能價(jià)格比合理等優(yōu)點(diǎn)。