塑料零部件的耐候老化測試正在成為阻止?jié)撛诋a品故障的關鍵步驟。隨著OEM 越來越多地求助于處理器進行設計和材料選擇，服務中老化故障的責任也正在沿著供應鏈向下傳遞。在汽車塑料中尤其如此。原始設備制造商、加工商、配混商和添加劑供應商之間通常沒有充分溝通產品將面臨的服務環(huán)境。誤解產品的使用方式或使用地點是產品失敗的根源。
制造商面臨著提高產品性能并同時降低成本的壓力。他們正在轉向新材料和添加劑作為潛在的解決方案。但是在沒有充分測試的情況下引入這些未知因素有助于解釋為什么與老化相關的故障發(fā)生率正在上升。
精心策劃的老化測試計劃可以提前識別這些風險。不幸的是，許多加工商及其客戶對如何測試耐候性并不了解。
塑料制品不合格的主要原因有三個：
· 糟糕的設計，包括不適合最終使用環(huán)境的材料配方。
· 在設計標準之外使用產品。
· 影響性能的工藝或材料變更。
失敗可能意味著顏色和外觀發(fā)生變化，例如變黃、褪色、變色或失去光澤。對于其他產品，故障是根據機械完整性和物理性能來定義的，例如洗衣機中的尼龍齒輪變脆和破裂。
客戶希望他們的塑料產品在預期的大部分使用壽命內都表現良好且外觀良好。但是，由客戶來定義外觀變化何時會導致產品“失敗”。
塑料材料和產品正在被引入可能尚未設計或測試的全球市場。最大的交通管制產品制造商之一將用于戶外測試的樣本發(fā)送到其他國家，測試產品對當地環(huán)境的特有敏感性，從而預測產品在該地的耐久性。
新聚合物、傳統(tǒng)聚合物的變體（如茂金屬等級）以及新的共聚物共混物和合金因其成本性能或加工優(yōu)勢而受到積極推銷。然而，這些新材料的耐久性仍然是一個問號，沒有經過充分的測試。同樣，基于新型有機顏料和顏料混合物的新型著色劑系統(tǒng)正在取代基于重金屬的著色劑。這些新的著色劑可能具有意想不到的顏色穩(wěn)定性和耐光性問題。
在一個真實案例中，有色塑料家具零部件在短時間暴露于透過窗玻璃進入的陽光下后顯示出嚴重的褪色和色相變化。著色劑由無機白色和黑色顏料以及有機紅色、藍色和黃色組成。該產品首先表現出整體褪色，然后隨著有機著色劑以不同的速率失去飽和度，色調變?yōu)樽睾稚缓笞優(yōu)榫G色。
室內紫外線照射可能并不總是被認為是一個重要的退化因素。在聚丙烯熒光燈裝置的情況下證明了這一點，由于來自相鄰燈的紫外線照射，該裝置變色并變得白堊和易碎。
許多新的著色劑主要是帶有聚合物載體的濃縮物，將此載體添加到其他基礎聚合物中會影響系統(tǒng)的耐候性能。此外，在載體中穩(wěn)定的顏料在基礎聚合物中可能不那么穩(wěn)定。對于硬質和增塑 PVC尤其如此，其中許多顏料與 PVC 在戶外逐漸脫氯化氫引起的高酸度不相容。
來自同一供應商的不同工廠甚至不同反應器的“相同規(guī)格”樹脂在交聯(lián)、分子量分布、側鏈支化或顆粒大小方面可能不同。所有這些都會影響加工和耐候老化性能。對于聚丙烯等半結晶聚合物來說尤其如此。在一種情況下，好產品和壞產品批次之間先進明顯的區(qū)別是樹脂中鈣含量的可測量增加。經調查，確定這發(fā)生在樹脂供應商開始從不同工廠發(fā)貨時，鈣的差異歸因于造粒操作中使用的當地供水。這種變化影響了樹脂的耐候性。
填料和其他散裝添加劑經常以價格購買，但當非技術買家為了節(jié)省一分錢而更換供應商或等級時，他們可能會損害產品性能。例如，滑石可以吸收HALS紫外線穩(wěn)定劑并降低其有效性。并且各種二氧化硅填料中的金屬含量會催化PP 的降解，除非它足夠穩(wěn)定。
從某種意義上說，所有聚合物添加劑都可以被認為是污染物。盡管它們具有積極的價值，但它們也可能具有不良的副作用。例如，二氧化鈦用于保護硬質乙烯基等樹脂免受紫外線傷害。然而，眾所周知，二氧化鈦在存在紫外線和水分的情況下會導致聚合物降解，從而導致乙烯基壁板和門窗型材的粉化。幸運的是，可以通過使用具有適當表面涂層的耐候性二氧化鈦來避免粉化。
炭黑是另一種常添加用于防紫外線的顏料。然而，炭黑有許多等級和形式。其中一些具有更高水平的表面官能團，可以吸附抗氧化劑，從而降低而不是提高整體穩(wěn)定性。
通常添加金屬螯合物如硬脂酸鈣和硬脂酸鋅作為加工穩(wěn)定劑。然而，它們可能對其他添加劑產生拮抗作用，例如受阻胺光穩(wěn)定劑 (HALS)。結果會降低耐候性。
受阻酚類抗氧化劑作為加工穩(wěn)定劑添加到許多聚合物中。但是，它們可能會在產品使用壽命期間與大氣中的氮氧化物發(fā)生反應，從而產生泛黃或粉紅色。需要輔助穩(wěn)定劑來盡量減少這種“氣體褪色”問題。
當材料暴露在過高的溫度下時，這種效果會更加突出。例如，一家野餐冰柜制造商發(fā)現它的倉庫里裝滿了冷卻器，白色PVC內襯出現粉紅色斑點。問題是倉庫在夏天達到了100華氏度的溫度。汽車TPO的過熱加工經常會遇到類似的顏色問題。
提交產品進行耐候測試的另一個原因是確保不正確的處理不會影響使用中的耐用性。在過高溫度下加工的乙烯基壁板過早變黃只是一個例子。許多產品故障可追溯到諸如提高成型溫度以處理“困難”批次的樹脂或提高擠出機速度和模頭溫度以提高產量等做法。這些步驟通過引發(fā)自由基氧化和自催化降解機制、消耗抗氧化劑并使聚合物對紫外線攻擊敏感，對聚合物產生負面影響。
測試還可以驗證二次加工程序。例如，聚碳酸酯汽車前照燈罩需要硬涂層以防止劃傷和紫外線引起的泛黃。但是，涂裝不當的硬涂層會在暴露于天氣后分層。
在配制產品以提高使用壽命時，可能會忽略二次加工可能產生的有害影響。在一個案例中，注塑成型的PVC車庫門制造商使用了一種經過驗證的化合物，并對成型操作進行了嚴格控制。然而，門段具有通過超聲波對接焊接的斜接角。盡管PVC在初始加工和正常老化時是穩(wěn)定的，但焊接過程會導致對接接頭的熱降解，導致在戶外暴露時嚴重泛黃和開裂。
許多塑料都經過涂層處理以提高性能或外觀特性。這些涂層有時會對塑料產生負面影響，例如增加泛黃。例如，新的高爾夫球通常具有防滑涂層以較大程度地減少空氣阻力，但該涂層可能會導致塑料基材變色。
將產品設計成故障安全型或測試所有可能性都是不可行的。然而，影響產品耐用性的可識別變量通常有限。因此，材料生產商和加工商應謹慎進行基本設計實驗，以衡量產品對配方、加工和環(huán)境因素的敏感性。統(tǒng)計設計的實驗比“測試它，看看會發(fā)生什么”的方法更有效率和成本效益。
即使是適度的耐久性測試計劃通常也可以通過降低保修成本并允許加工商優(yōu)化配方和加工方法而不影響產品的耐候性來收回成本。
如果不進行測試，樹脂、添加劑或加工的變化可能會導致耐候性能出現令人不快的意外。
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