戶(hù)外測(cè)試檢驗(yàn)加速老化測(cè)試

1 2種測(cè)試方法的對(duì)比

1.1 老化謬論

謬論1：加速測(cè)試可100%重復(fù)。事實(shí)是，加速測(cè)試也像其它測(cè)試一樣，會(huì)發(fā)生變化。在真實(shí)的加速老化測(cè)試中，甚至是測(cè)試條件控制得較好的測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果也會(huì)發(fā)生很大的變化，同一臺(tái)設(shè)備的重復(fù)測(cè)試和不同實(shí)驗(yàn)室之間的再現(xiàn)性測(cè)試都會(huì)存在很大不同。ASTM G03 分委會(huì)在20 世紀(jì)90 年代做過(guò)一個(gè)重要的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)幾臺(tái)設(shè)備的測(cè)試結(jié)果之間存在高達(dá)30%的差異。正確的操作會(huì)使差異變小，但不能完全消除。

謬論2：任何形式的老化都是好的。事實(shí)上，錯(cuò)誤的老化模式會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的老化結(jié)果。如果加速測(cè)試不能再現(xiàn)真實(shí)使用環(huán)境或戶(hù)外測(cè)試的老化模式，那么它就不可取。例如，如果一種涂料在戶(hù)外通常顯示中等粉化，而在加速測(cè)試中顯示嚴(yán)重開(kāi)裂，這說(shuō)明發(fā)生了不同的老化機(jī)制，那么測(cè)試結(jié)果也就毫無(wú)意義。加速測(cè)試必須產(chǎn)生與戶(hù)外測(cè)試相同的老化類(lèi)型。

謬論3：戶(hù)外老化需要5 a 才能得到有用的數(shù)據(jù)。事實(shí)上，戶(hù)外測(cè)試可在12 個(gè)月內(nèi)得到有用數(shù)據(jù)。也許需要等5 a 來(lái)得到5 a 的老化效果，但是很多有用的數(shù)據(jù)可在曝曬的前12 個(gè)月得到，如區(qū)分質(zhì)量好和質(zhì)量差的材料。根據(jù)正確的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和大量的評(píng)估，曝曬12 個(gè)月就可以得到有意義的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以極大地增加加速測(cè)試數(shù)據(jù)的可信度。

謬論4：老化測(cè)試數(shù)據(jù)是絕對(duì)的。事實(shí)是，單一的測(cè)試不會(huì)給出理想的相關(guān)性。有很多材料測(cè)試方法要求曝曬單一的測(cè)試樣品，并設(shè)定一個(gè)合格或不合格的界線(xiàn)。例如：樣品的顏色發(fā)生變化，若把ΔE*達(dá)到3.0 作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，那么如果值是2.9，樣品就合格;如果是3.1，樣品就不合格。然而測(cè)色儀之間也存在差異，這些差異使得當(dāng)ΔE*<1 時(shí)，比較顏色變化是毫無(wú)意義的;而且一般目視的分辨力也不會(huì)好于ΔE*=1.0。

謬論5：等級(jí)數(shù)據(jù)是無(wú)效的。事實(shí)是，如果正確應(yīng)用，等級(jí)數(shù)據(jù)是非常有用的。有一種說(shuō)法：非量化的統(tǒng)計(jì)(如排序)是無(wú)用的，因?yàn)樗鼈儧](méi)有使用有說(shuō)服力的技術(shù);但當(dāng)正確應(yīng)用，等級(jí)數(shù)據(jù)可用于證明老化測(cè)試中的許多猜想。在目測(cè)評(píng)估中得出的數(shù)字評(píng)級(jí)非常有用

1.1 老化謬論

。

1.2 加速測(cè)試的弊端及戶(hù)外測(cè)試的重要性

測(cè)試中遇到的問(wèn)題是，許多公司只選擇加速老化測(cè)試，戶(hù)外測(cè)試要么排在第2 位，要么根本不考慮。新材料進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間壓力迫使縮減研發(fā)周期，這也是影響材料進(jìn)行戶(hù)外暴露測(cè)試的一個(gè)方面。現(xiàn)在很多產(chǎn)品的研發(fā)只是根據(jù)加速測(cè)試的結(jié)果，許多標(biāo)準(zhǔn)也認(rèn)可只有加速測(cè)試結(jié)果的材料。

只進(jìn)行加速測(cè)試會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)料的問(wèn)題。材料根據(jù)人造氣候條件進(jìn)行研發(fā)，按照一個(gè)測(cè)試循環(huán)，重復(fù)研發(fā)、測(cè)試，最終的結(jié)果是材料能夠經(jīng)受住一個(gè)模擬且可控制的環(huán)境;這可能會(huì)導(dǎo)致材料在實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試中合格，而在最終使用環(huán)境中失效。

加速測(cè)試用于預(yù)測(cè)戶(hù)外測(cè)試時(shí)不是100%可靠。在老化測(cè)試領(lǐng)域，具有優(yōu)秀相關(guān)性的測(cè)試方法是可望而不可及的。相關(guān)系數(shù)不能從一種材料應(yīng)用到另一種材料，或者從一種戶(hù)外氣候應(yīng)用到另一種戶(hù)外氣候。如果確信加速測(cè)試與戶(hù)外測(cè)試的相關(guān)性，那么當(dāng)與一種新的氣候條件進(jìn)行比較時(shí)，還需要重新進(jìn)行戶(hù)外測(cè)試。而且，即使是任何條件都未改變的重復(fù)測(cè)試，也會(huì)得出不同的結(jié)果。因此，欲確定材料的真正耐候性時(shí)，只進(jìn)行加速測(cè)試是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

老化測(cè)試的目的在ASTM G113 中的描述如下

1.2 加速測(cè)試的弊端及戶(hù)外測(cè)試的重要性

：戶(hù)外測(cè)試和加速測(cè)試結(jié)果的一致性。因此，加速測(cè)試的結(jié)果應(yīng)該與戶(hù)外測(cè)試的結(jié)果相匹配。針對(duì)這個(gè)難題，人們大部分的研究精力放在了加速測(cè)試上，但是很顯然，獲得相關(guān)性的關(guān)鍵因素是戶(hù)外測(cè)試。沒(méi)有戶(hù)外測(cè)試作基準(zhǔn)，就無(wú)法與加速測(cè)試進(jìn)行比較。

1.3 經(jīng)濟(jì)分析

許多公司不愿意做戶(hù)外測(cè)試的一個(gè)主要原因是測(cè)試費(fèi)用，認(rèn)為老化測(cè)試費(fèi)用太高;但更應(yīng)該考慮不做戶(hù)外測(cè)試的損失有多大。

表1 是典型的戶(hù)外測(cè)試費(fèi)用(提供測(cè)試服務(wù)的商業(yè)機(jī)構(gòu)不同，測(cè)試費(fèi)用可能不同)與不做戶(hù)外測(cè)試而造成的損失之間的比較。不做戶(hù)外測(cè)試，雖然每年可節(jié)省1 000 美元的測(cè)試費(fèi)，但是可能會(huì)危及公司的聲譽(yù)及造成數(shù)百萬(wàn)美元的質(zhì)保賠償，甚至使公司被起訴。與不做測(cè)試帶來(lái)的損失相比，戶(hù)外老化測(cè)試的小投資顯然是相當(dāng)劃算的。

1.4 測(cè)試條件對(duì)比

很多報(bào)告顯示，相關(guān)性差的一個(gè)原因是加速老化測(cè)試的試驗(yàn)參數(shù)與戶(hù)外環(huán)境有所不同。表2 列出

了大部分加速老化測(cè)試設(shè)備中都包含的3 個(gè)老化試驗(yàn)的基本要素，試驗(yàn)箱中可以對(duì)這3個(gè)基本要素進(jìn)行循環(huán)設(shè)置，但還有很多測(cè)試條件無(wú)法實(shí)現(xiàn)。表2還列出很多影響戶(hù)外老化測(cè)試結(jié)果的其它因素，每種因素都可能影響加速測(cè)試和戶(hù)外測(cè)試之間的相關(guān)性。

此外，戶(hù)外測(cè)試是每天進(jìn)行1 個(gè)復(fù)雜的循環(huán)，而加速老化測(cè)試是每天進(jìn)行多重、復(fù)雜的重復(fù)循環(huán);因此，戶(hù)外測(cè)試和加速測(cè)試共同的影響因素的循環(huán)時(shí)間也不同，見(jiàn)表3。

1.5 測(cè)試循環(huán)速度對(duì)比

與戶(hù)外測(cè)試每天只有1 個(gè)循環(huán)相比，加速測(cè)試每天可能有多達(dá)12 個(gè)的完整循環(huán)。循環(huán)測(cè)試環(huán)境比單一不變的測(cè)試條件更為嚴(yán)酷，測(cè)試條件從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)會(huì)使材料更易發(fā)生老化;因此，更快地經(jīng)歷循環(huán)測(cè)試，材料會(huì)加速老化，這是由于材料經(jīng)受了更多這種測(cè)試條件狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。然而，這一規(guī)律可能與事實(shí)相符，也可能與事實(shí)相悖

當(dāng)測(cè)試條件變化時(shí)，材料會(huì)試圖與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡。例如，如果材料是濕的，而環(huán)境是干的，材料就會(huì)變干;另一個(gè)例子是，如果將溫度低的材料放在溫度高的環(huán)境中，它的溫度也會(huì)慢慢升高。但環(huán)境的變化總是比材料快，如果材料在測(cè)試環(huán)境變化之前沒(méi)有與測(cè)試環(huán)境達(dá)到平衡，那么材料就不會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)(如圖1 所示)。所有材料都有一個(gè)與周?chē)兓臏y(cè)試環(huán)境相適應(yīng)的變化速度，所以很可能在相同測(cè)試中，有的材料能與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡，而有的則不能。有的材料不能完全達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

如果測(cè)試材料不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡，那么環(huán)境的作用很難深入材料內(nèi)部，因此，短時(shí)間的測(cè)試只會(huì)影響材料的表面。為了測(cè)試環(huán)境能夠影響樣品的內(nèi)部，有必要延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，以使整個(gè)材料都受到環(huán)境條件的影響(如圖2 所示)。

這種差別可以用術(shù)語(yǔ)“試驗(yàn)箱因素”來(lái)概括。這意味著老化試驗(yàn)箱內(nèi)測(cè)試條件的變化不能與戶(hù)外的相匹配，除非測(cè)試循環(huán)的時(shí)間和轉(zhuǎn)變速度與戶(hù)外的一樣。如果變化條件與戶(hù)外的不一樣，那么對(duì)材料的影響也不一樣。

根據(jù)以上分析可以得出以下推論：首先，因?yàn)閼?hù)外變化因素很多，而且測(cè)試循環(huán)時(shí)間相差太大，老化試驗(yàn)箱不能完全模擬戶(hù)外條件的復(fù)雜性;其次，加速老化試驗(yàn)與戶(hù)外暴露試驗(yàn)可能會(huì)得出不同的結(jié)果。