根據(jù)ASTM D4674在QUV紫外老化試驗(yàn)箱對(duì)塑料材料進(jìn)行耐光性評(píng)估

摘要

康寧制定了一個(gè)測(cè)試計(jì)劃，以提供有關(guān)潛在的物理和美學(xué)退化的量化數(shù)據(jù)。三種透明聚合物材料在加速暴露于室內(nèi)照明后可能出現(xiàn)的物理和美學(xué)退化提供量化數(shù)據(jù)。測(cè)試的時(shí)間和強(qiáng)度被設(shè)計(jì)為模擬產(chǎn)品預(yù)期壽命內(nèi)的辦公室照明條件。第四種材料，在過(guò)去的15年里被用于其他室內(nèi)產(chǎn)品，被用作基準(zhǔn)。使用了四種不同的ASTM規(guī)格，產(chǎn)生一個(gè)全面和相關(guān)的測(cè)試制度：

ASTM D4674“暴露在室內(nèi)辦公環(huán)境中塑料顏色穩(wěn)定性加速試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程”

ASTM D523“鏡面光澤的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法”

ASTM D2244“根據(jù)儀器測(cè)量的顏色坐標(biāo)計(jì)算顏色公差和色差的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程”

ASTM D638“塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”

將總共四種透明樹(shù)脂暴露于加速室內(nèi)光照條件下，并在30、60和90天間隔時(shí)評(píng)估顏色、光澤和拉伸性能。兩種樹(shù)脂是紫外線(UV)穩(wěn)定的，而另外兩種不是。測(cè)試不僅確保了新產(chǎn)品材料符合客戶的性能和審美期望，還提供了可量化的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)材料選擇，以便在后續(xù)的客戶之聲(VOC)會(huì)議上展示。

介紹

CCS旗艦LAN外殼的一個(gè)關(guān)鍵改進(jìn)是從幾乎100%的金屬板結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠹s60%的塑料部件。塑料的使用使得重量更輕，更重要的是，創(chuàng)造了獨(dú)特的設(shè)計(jì)特征，為外殼帶來(lái)了顯著的附加功能。這一變化的一個(gè)組成部分是將房屋的門(mén)和蓋轉(zhuǎn)換為透明材料，以增加可視性、可達(dá)性和美學(xué)吸引力。

這個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域包含數(shù)以千計(jì)的不同客戶，每個(gè)客戶都采用稍微不同的安裝和操作實(shí)踐。一些客戶非常贊成擬議的設(shè)計(jì)變更，而其他人則猶豫不決，質(zhì)疑新的透明材料如何經(jīng)得起時(shí)間的考驗(yàn)。特別值得關(guān)注的是變黃和變脆的可能性。材料變黃可能在兩種情況下表現(xiàn)出來(lái)。首先，長(zhǎng)期老化會(huì)削弱已安裝產(chǎn)品的視覺(jué)吸引力。第二，新安裝的設(shè)備和已經(jīng)使用一段時(shí)間的設(shè)備在外觀上的差異。 開(kāi)發(fā)一個(gè)測(cè)試計(jì)劃來(lái)獲取所有需要的數(shù)據(jù)，需要產(chǎn)品線管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和內(nèi)部產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室的共同努力來(lái)審查大量的規(guī)格。然后，這些選擇必須縮小到能產(chǎn)生數(shù)據(jù)的試驗(yàn)，以便有效地幫助選擇最適合局域網(wǎng)環(huán)境的透明材料。最后，沒(méi)有一個(gè)單一的規(guī)范是足夠的，所以不同規(guī)范的匯編提供了最適用和最有益的評(píng)估。組合這些測(cè)試還需要定制實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和程序，以便于完成測(cè)試。 以下三個(gè)部分分別簡(jiǎn)要說(shuō)明了康寧LAN外殼所用透明材料的規(guī)格、測(cè)試方法和結(jié)論。

規(guī)范

在確定要使用的規(guī)范時(shí)，考慮了兩個(gè)主要因素:1)最重要的是解決客戶對(duì)潛在的機(jī)械和視覺(jué)退化的擔(dān)憂的測(cè)試，2)由于沒(méi)有單一的規(guī)范規(guī)定準(zhǔn)確的測(cè)試制度，因此必須采用適合特定需求的方法。戶外紫外線測(cè)試提供了一個(gè)很好的起點(diǎn)。還認(rèn)真考慮了紡織和印刷等其他行業(yè)如何處理類(lèi)似問(wèn)題。 由于沒(méi)有一個(gè)單一的標(biāo)準(zhǔn)可以提供必要的信息，該團(tuán)隊(duì)選擇將幾個(gè)不同規(guī)范的屬性結(jié)合起來(lái)，以充分解決所有的問(wèn)題。ASTM D4674、ASTM D523、ASTM D2244和ASTM D638提供了構(gòu)建測(cè)試計(jì)劃的必要框架，該計(jì)劃足以解決影響適當(dāng)材料選擇的屬性。

ASTM D4674“暴露于室內(nèi)辦公環(huán)境的塑料顏色穩(wěn)定性加速試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程”包括了在典型辦公環(huán)境中評(píng)估聚合材料顏色穩(wěn)定性的概念。規(guī)范中包含的方法III允許排除通過(guò)窗口過(guò)濾的光，這適用于大多數(shù)局域網(wǎng)應(yīng)用。本規(guī)范中還提供了燈泡選項(xiàng)和測(cè)試結(jié)構(gòu)。

ASTM D523“鏡面光澤的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”和ASTM D2244“從儀器測(cè)量的顏色坐標(biāo)計(jì)算顏色公差和色差的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程”都加強(qiáng)了解決試驗(yàn)的美學(xué)部分的努力。在測(cè)試金屬材料的涂漆表面時(shí)，它們經(jīng)常被引用。D523允許對(duì)表面外觀和反射率的視覺(jué)觀察進(jìn)行數(shù)字評(píng)級(jí)，以便進(jìn)行比較。D2244可以量化相同材料樣品之間的微小色差。

ASTM D638“塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”測(cè)量塑料材料的屈服拉伸強(qiáng)度和屈服伸長(zhǎng)率的潛在變化。這些機(jī)械性能在歷史上被認(rèn)為是材料在現(xiàn)場(chǎng)性能的基本指標(biāo)。該規(guī)范通常用于室外紫外線測(cè)試。

檢測(cè)方法

所有測(cè)試都是在康寧環(huán)境測(cè)試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部進(jìn)行的。測(cè)試計(jì)劃的核心是室內(nèi)光照測(cè)試。為了適應(yīng)室內(nèi)測(cè)試要求，對(duì)室外紫外線室進(jìn)行了改造。圖1顯示了在測(cè)試中使用的紫外線老化試驗(yàn)箱QUV。

圖1. 用于室內(nèi)照明測(cè)試的QUV紫外老化試驗(yàn)箱

機(jī)器中通常使用的室外燈泡必須換成標(biāo)準(zhǔn)的冷白光燈。需要八個(gè)燈泡每邊四個(gè)來(lái)提供持續(xù)的曝光。光電探測(cè)器也需要改變以適應(yīng)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)差異，并且標(biāo)度從W/m²/nm調(diào)整到lux。

對(duì)于給定的試驗(yàn)箱暴露水平，確定移除和評(píng)估試樣的適當(dāng)時(shí)間間隔是確?？煽拷Y(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵方面。基于室供應(yīng)商關(guān)于最大輸出的建議，樣品暴露于15K lux。在工作區(qū)的典型辦公環(huán)境中，冷白色燈泡提供大約1K lux的光強(qiáng)度。鑒于這一暴露水平，30、60和90天后的定期移除和評(píng)估足以提供材料的可觀察變化。

測(cè)試的另一個(gè)關(guān)鍵部分是用作基準(zhǔn)的第四種聚碳酸酯材料。這種材料在之前的15年中已經(jīng)在數(shù)千個(gè)裝置中用于類(lèi)似的應(yīng)用，沒(méi)有已知的顯著退化。

通過(guò)將新材料的結(jié)果與已知性能歷史的材料的結(jié)果進(jìn)行比較，可以確定試樣之間變化幅度的相對(duì)意義。另一種允許更徹底理解的技術(shù)是使用未暴露的樣品作為對(duì)照。如表1所示，兩種材料是紫外線穩(wěn)定的，而另外兩種不是。

在每30天后，測(cè)試各種材料的暴露和未暴露樣品的顏色變化、光澤和拉伸性能。每種材料的五個(gè)樣品在每個(gè)時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)試。由于材料的尺寸和透明性質(zhì)，光澤測(cè)試報(bào)告為僅用于觀察目的的明顯結(jié)果。包括基準(zhǔn)測(cè)試在內(nèi)，我們使用可重復(fù)且可量化的方法對(duì)四種不同等級(jí)的聚碳酸酯進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估，以確定哪種材料最適合承受室內(nèi)LAN環(huán)境。這些測(cè)試的結(jié)果列于表2中。

結(jié)論

修改后的室內(nèi)照明測(cè)試提出了四個(gè)主要考慮點(diǎn)。首先，只有在室內(nèi)照明條件下，顏色變化才是可能的。圖2顯示了描述一種測(cè)試材料的確定顏色偏移的視圖。

圖2. 可見(jiàn)的色移與未曝光的樣品

即使僅暴露30天后，在測(cè)試中的一些材料上仍可見(jiàn)顏色偏移。由于顏色穩(wěn)定性被明確列為客戶關(guān)心的問(wèn)題，因此只有那些不顯示顏色偏移的材料才被認(rèn)為是可行的候選材料。這是特別適用的，因?yàn)長(zhǎng)AN外殼通常位于最靠近室內(nèi)光源的框架的最高位置。在許多情況下，光源從不關(guān)閉。 第二個(gè)要考慮的問(wèn)題是，那些確實(shí)表現(xiàn)出顏色偏移的材料在測(cè)試的前半部分表現(xiàn)出更快的顏色變化。圖3顯示了相對(duì)于暴露時(shí)間的顏色變化，如在b*標(biāo)度上繪制的，其中更正的數(shù)值表示更黃。

圖3. 顯示了相對(duì)于暴露時(shí)間的顏色變化

材料中紫外線穩(wěn)定劑的存在似乎也抑制了色移。測(cè)試的四種材料中有兩種含有紫外穩(wěn)定劑，但這兩種材料都沒(méi)有顯示出可見(jiàn)的變色跡象。這一結(jié)果表明紫外線穩(wěn)定劑對(duì)可見(jiàn)光有效，并成為L(zhǎng)AN外殼應(yīng)用材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

最后，拉伸性能在長(zhǎng)時(shí)間暴露后沒(méi)有受到不利影響。這甚至適用于那些顯示顏色變化的材料。圖4顯示了相對(duì)于暴露時(shí)間的拉伸性能。

圖4. 顯示了相對(duì)于暴露時(shí)間的拉伸性能

總之，雖然有針對(duì)各種材料和性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，但有時(shí)仍有必要?jiǎng)?chuàng)造性地考慮如何構(gòu)建一個(gè)測(cè)試體系，以洞察設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的一系列問(wèn)題。如果不能徹底了解材料在模擬使用環(huán)境中的行為，很容易導(dǎo)致僅基于成本選擇不合適的材料。這一失敗的負(fù)面后果最終會(huì)導(dǎo)致顧客不滿。通過(guò)使用包含客戶和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)關(guān)注點(diǎn)的測(cè)試機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)橹匦略O(shè)計(jì)的外殼選擇較佳材料，并為客戶提供量化數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)設(shè)計(jì)選擇。