靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行塑料老化測(cè)試怎么做？需要注意什么？

摘要

介紹靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試樣規(guī)格、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試條件等，以聚苯乙烯、聚碳酸酯等為例，進(jìn)行了塑料老化性能的測(cè)試。結(jié)果表明，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)定的誤差范圍僅為士3%~士8%，而旋轉(zhuǎn)鼓式老化試驗(yàn)機(jī)則為士3%~士13%：并且靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)還有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)及使用簡(jiǎn)便、維修費(fèi)用低廉、性能價(jià)格比合理等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞

靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)，塑科老化曝曬

塑料具有許多優(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。

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2引。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Atlas Testing公司；靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)：Q-SUN Xe-3-HS型，美國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 J2527《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SAEJ2412《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 D2244《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50mm×100mm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340m的光的輻照度為0.55W/m2,黑板溫度為63℃時(shí)，日光照射102min;隨機(jī)溫度時(shí)日光照射和噴淋18min;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2000h。

(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：

由表2可看出，靜態(tài)樣架氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試誤差范圍僅為士3%~士8%，而旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的誤差范圍為士3%~士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S0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、日本等國先后制定了有關(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)試一第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)試的誤差范圍僅為士3%~士8%，而旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)機(jī)的誤差范圍則為士3%~士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)。