文/曹陽、肖寶靚 遼寧忠旺集團(tuán)有限公司 遼寧遼陽 111000

塑料氙燈老化試驗(yàn)方法之我見

文/曹陽、肖寶靚 遼寧忠旺集團(tuán)有限公司 遼寧遼陽 111000

塑料氙燈老化試驗(yàn)要確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室光源的光譜輻照度在國標(biāo)要求的范圍內(nèi)，根據(jù)樣品實(shí)際使用狀況選取相應(yīng)的試驗(yàn)條件，確定要使用的輻照度，正確計(jì)算試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照國標(biāo)要求進(jìn)行，得出試驗(yàn)結(jié)果才真實(shí)有效。鑒于此，本文對塑料氙燈老化試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析探討，僅供參考。

氙燈；老化；塑料；試驗(yàn)；參數(shù)

一、氙燈老化試驗(yàn)概述

在自然環(huán)境中，太陽光輻射被認(rèn)為是老化的主要原因，因此對于人工氣候老化和人工曝露輻射而言，模擬太陽光輻射是至關(guān)重要的。曝露設(shè)備在測試過程中，由于氙弧和濾光系統(tǒng)的老化，輻照度可能會(huì)變化，這種變化尤其發(fā)生在對聚合物材料光化學(xué)影響最大的紫外光范圍。因此不僅要計(jì)量曝露的時(shí)間，而且要測量400nm以下的波長范圍或在規(guī)定波長例如340nm處的曝露輻照度，并將這些值作為老化參照標(biāo)準(zhǔn)值。精確的模擬氣候條件的各個(gè)方面對樣品的作用是不可能的，因此氙燈老化試驗(yàn)箱模擬窗玻璃濾過的太陽輻射試驗(yàn)稱為人工輻射曝露。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T16422.2-2014（以下簡稱國標(biāo)）中對塑料氙燈老化試驗(yàn)的定義為：塑料試樣暴露于有水分存在的氙弧燈下模擬實(shí)際使用環(huán)境中暴露于日光或窗玻璃過濾后日光下發(fā)生的自然老化效果。氙弧燈通過濾光器過濾之后，用來模擬日光中紫外區(qū)域和可見光區(qū)域的光譜能量分布。試樣暴露于不同等級(jí)的光、熱、相對濕度以及水的可控環(huán)境條件中，暴露的條件有：濾光器、輻照度、光暴露過程中的溫度、試樣箱中的相對濕度、試樣潤濕方式、水溫和潤濕周期、光照和暗周期的相對時(shí)間長度。潤濕通常由采用去離子水噴灑試樣、將試樣浸入水中或在暴露試樣的表面凝結(jié)水氣三種方式產(chǎn)生，試驗(yàn)過程包括試樣表面上輻照度和輻射暴露量的測量。試驗(yàn)結(jié)果可將一種已知性能的相似材料（對照物）與試驗(yàn)樣品同時(shí)暴露來提供標(biāo)準(zhǔn)比對，也可用試驗(yàn)后的樣品與未經(jīng)試驗(yàn)的樣品進(jìn)行比對。

二、試驗(yàn)條件的選取

塑料氙燈老化試驗(yàn)暴露的方式有使用日光濾光器的暴露（人工氣候老化）和窗玻璃濾光器的暴露兩種。日光濾光器的暴露周期為102m in干燥和18m in噴淋，暴露的輻照度分為寬帶300nm～400nm和窄帶340nm條件下兩種。窗玻璃濾光器的暴露周期為持續(xù)干燥，暴露的輻照度分為寬帶300nm～400nm和窄帶420nm條件下兩種。對于溫度的控制，國標(biāo)中規(guī)定可以使用黑標(biāo)溫度計(jì)和黑板溫度計(jì)，黑標(biāo)溫度計(jì)適用于仲裁試驗(yàn)，常規(guī)試驗(yàn)可使用黑板溫度計(jì)代替，但通常情況下黑板溫度計(jì)會(huì)比黑標(biāo)溫度計(jì)顯示的溫度低3℃～12℃，試驗(yàn)箱中的溫度和濕度可根據(jù)國標(biāo)進(jìn)行控制，也可由供需雙方協(xié)商不進(jìn)行控制。以汽車內(nèi)飾件和外飾件為例，內(nèi)飾件如儀表板、遮陽板，根據(jù)實(shí)際使用狀況是在車內(nèi)環(huán)境下，陽光通過玻璃窗照射在內(nèi)飾件上，而且是持續(xù)干燥的狀態(tài)，不存在雨水噴淋，所以應(yīng)該選取窗玻璃濾光器的暴露，輻照度根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備配置的傳感器進(jìn)行選取，黑板溫度根據(jù)通常條件下的最惡劣的環(huán)境溫度可選取63℃±3℃，箱內(nèi)溫濕度是否需要控制可根據(jù)供需雙方協(xié)商確定。汽車外飾件，如后視鏡、擋泥板、保險(xiǎn)杠是直接暴露在陽光照射下，在自然環(huán)境中存在光照和光照加雨水噴淋交替存在的情況，應(yīng)該選取日光濾光器的暴露，輻照度根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備配置的傳感器進(jìn)行選取，黑板溫度根據(jù)通常條件下的最惡劣的環(huán)境溫度可選取63℃±3℃，箱內(nèi)溫濕度是否需要控制可根據(jù)供需雙方協(xié)商確定。

三、實(shí)驗(yàn)室光源的光譜輻照度

氙燈老化實(shí)驗(yàn)室光源由一個(gè)或多個(gè)有石英封套的氙弧燈組成，其光譜范圍包括波長大于270nm紫外光、可見光及紅外光，氙弧燈經(jīng)過兩種不同的光過濾系統(tǒng)之一來改變其產(chǎn)生的輻射光譜分布，分別模擬太陽輻射的紫外和可見光的光譜分布，模擬3mm厚的窗玻璃濾過的光輻射的紫外和可見光的光譜分布。為了模擬日光，使用濾光器來濾除短波長的紫外輻射，采用可降低波長310nm以下輻照度的濾光器來模擬透過窗玻璃后的日光，另外使用濾除紅外輻射的濾光器可防止對試樣產(chǎn)生會(huì)引起熱降解的不符合實(shí)際狀態(tài)的加熱。國標(biāo)規(guī)定了配置濾光器的氙弧燈的輻照度在紫外波長范圍內(nèi)的最小限值和最大限值，以配置日光濾光器的氙弧燈為例，要檢測一個(gè)特定濾光器或?yàn)V光器組是否符合國標(biāo)要求，應(yīng)測量250nm～400nm的光譜輻照度，然后將每一帶寬內(nèi)的總輻照度相加，再除以290nm～400nm間的總輻照度，得到每一帶寬內(nèi)的光譜輻照度百分比。對于任意的單獨(dú)的光譜輻照度分布，每一帶寬內(nèi)計(jì)算得到的百分比應(yīng)在給定的最小限值和最大限值之間，各帶寬計(jì)算得到的百分比相加之和為100%。實(shí)驗(yàn)室光源的輻照度要求具有均勻性，樣品暴露面上任意位置的輻照度至少應(yīng)為該暴露面最高輻照度的80%，如果不能滿足，應(yīng)對樣品進(jìn)行周期性換位。

四、試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算方法

根據(jù)試驗(yàn)需要的暴露方式和帶寬確定要使用的輻照度，可以計(jì)算出試驗(yàn)需要的總時(shí)間或者總輻射暴露量。以使用日光濾光器的暴露，窄帶340nm為例，通過國標(biāo)中查表可確定輻照度為0.51W/（m 2·nm），已知總暴露時(shí)間為1000h，需要計(jì)算總輻射暴露量，計(jì)算方法 為：0.51W/（m 2·nm）=0.51J/s·m 2，1000h×3600×0.51 J/s·m 2=1836000 J/ m 2。在規(guī)定了總輻射暴露量的前提下，需要計(jì)算總的試驗(yàn)時(shí)間，也可以通過上述公式進(jìn)行反算即可。

結(jié)語：

本文介紹了氙燈老化試驗(yàn)的原理，重點(diǎn)闡述了塑料氙燈老化試驗(yàn)的方法、試驗(yàn)條件的選取、試驗(yàn)光源的要求和檢測方法以及相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算方法。

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