戶外測試檢驗加速老化測試

1 2種測試方法的對比

1.1 老化謬論

謬論1：加速測試可100%重復。事實是，加速測試也像其它測試一樣，會發生變化。在真實的加速老化測試中，甚至是測試條件控制得較好的測試中，測試結果也會發生很大的變化，同一臺設備的重復測試和不同實驗室之間的再現性測試都會存在很大不同。ASTM G03 分委會在20 世紀90 年代做過一個重要的對比試驗，發現幾臺設備的測試結果之間存在高達30%的差異。正確的操作會使差異變小，但不能完全消除。

謬論2：任何形式的老化都是好的。事實上，錯誤的老化模式會導致錯誤的老化結果。如果加速測試不能再現真實使用環境或戶外測試的老化模式，那么它就不可取。例如，如果一種涂料在戶外通常顯示中等粉化，而在加速測試中顯示嚴重開裂，這說明發生了不同的老化機制，那么測試結果也就毫無意義。加速測試必須產生與戶外測試相同的老化類型。

謬論3：戶外老化需要5 a 才能得到有用的數據。事實上，戶外測試可在12 個月內得到有用數據。也許需要等5 a 來得到5 a 的老化效果，但是很多有用的數據可在曝曬的前12 個月得到，如區分質量好和質量差的材料。根據正確的試驗設計和大量的評估，曝曬12 個月就可以得到有意義的數據，這些數據可以極大地增加加速測試數據的可信度。

謬論4：老化測試數據是絕對的。事實是，單一的測試不會給出理想的相關性。有很多材料測試方法要求曝曬單一的測試樣品，并設定一個合格或不合格的界線。例如：樣品的顏色發生變化，若把ΔE*達到3.0 作為評估標準，那么如果值是2.9，樣品就合格;如果是3.1，樣品就不合格。然而測色儀之間也存在差異，這些差異使得當ΔE*<1 時，比較顏色變化是毫無意義的;而且一般目視的分辨力也不會好于ΔE*=1.0。

謬論5：等級數據是無效的。事實是，如果正確應用，等級數據是非常有用的。有一種說法：非量化的統計(如排序)是無用的，因為它們沒有使用有說服力的技術;但當正確應用，等級數據可用于證明老化測試中的許多猜想。在目測評估中得出的數字評級非常有用

1.1 老化謬論

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1.2 加速測試的弊端及戶外測試的重要性

測試中遇到的問題是，許多公司只選擇加速老化測試，戶外測試要么排在第2 位，要么根本不考慮。新材料進入市場的時間壓力迫使縮減研發周期，這也是影響材料進行戶外暴露測試的一個方面。現在很多產品的研發只是根據加速測試的結果，許多標準也認可只有加速測試結果的材料。

只進行加速測試會帶來無法預料的問題。材料根據人造氣候條件進行研發，按照一個測試循環，重復研發、測試，最終的結果是材料能夠經受住一個模擬且可控制的環境;這可能會導致材料在實驗室加速測試中合格，而在最終使用環境中失效。

加速測試用于預測戶外測試時不是100%可靠。在老化測試領域，具有優秀相關性的測試方法是可望而不可及的。相關系數不能從一種材料應用到另一種材料，或者從一種戶外氣候應用到另一種戶外氣候。如果確信加速測試與戶外測試的相關性，那么當與一種新的氣候條件進行比較時，還需要重新進行戶外測試。而且，即使是任何條件都未改變的重復測試，也會得出不同的結果。因此，欲確定材料的真正耐候性時，只進行加速測試是遠遠不夠的。

老化測試的目的在ASTM G113 中的描述如下

1.2 加速測試的弊端及戶外測試的重要性

：戶外測試和加速測試結果的一致性。因此，加速測試的結果應該與戶外測試的結果相匹配。針對這個難題，人們大部分的研究精力放在了加速測試上，但是很顯然，獲得相關性的關鍵因素是戶外測試。沒有戶外測試作基準，就無法與加速測試進行比較。

1.3 經濟分析

許多公司不愿意做戶外測試的一個主要原因是測試費用，認為老化測試費用太高;但更應該考慮不做戶外測試的損失有多大。

表1 是典型的戶外測試費用(提供測試服務的商業機構不同，測試費用可能不同)與不做戶外測試而造成的損失之間的比較。不做戶外測試，雖然每年可節省1 000 美元的測試費，但是可能會危及公司的聲譽及造成數百萬美元的質保賠償，甚至使公司被起訴。與不做測試帶來的損失相比，戶外老化測試的小投資顯然是相當劃算的。

1.4 測試條件對比

很多報告顯示，相關性差的一個原因是加速老化測試的試驗參數與戶外環境有所不同。表2 列出

了大部分加速老化測試設備中都包含的3 個老化試驗的基本要素，試驗箱中可以對這3個基本要素進行循環設置，但還有很多測試條件無法實現。表2還列出很多影響戶外老化測試結果的其它因素，每種因素都可能影響加速測試和戶外測試之間的相關性。

此外，戶外測試是每天進行1 個復雜的循環，而加速老化測試是每天進行多重、復雜的重復循環;因此，戶外測試和加速測試共同的影響因素的循環時間也不同，見表3。

1.5 測試循環速度對比

與戶外測試每天只有1 個循環相比，加速測試每天可能有多達12 個的完整循環。循環測試環境比單一不變的測試條件更為嚴酷，測試條件從一種狀態轉變到另一種狀態會使材料更易發生老化;因此，更快地經歷循環測試，材料會加速老化，這是由于材料經受了更多這種測試條件狀態的轉變。然而，這一規律可能與事實相符，也可能與事實相悖

當測試條件變化時，材料會試圖與周圍環境達到平衡。例如，如果材料是濕的，而環境是干的，材料就會變干;另一個例子是，如果將溫度低的材料放在溫度高的環境中，它的溫度也會慢慢升高。但環境的變化總是比材料快，如果材料在測試環境變化之前沒有與測試環境達到平衡，那么材料就不會達到一個穩定的狀態(如圖1 所示)。所有材料都有一個與周圍變化的測試環境相適應的變化速度，所以很可能在相同測試中，有的材料能與周圍環境達到平衡，而有的則不能。有的材料不能完全達到穩定狀態。

如果測試材料不能達到穩定狀態，與周圍環境達到平衡，那么環境的作用很難深入材料內部，因此，短時間的測試只會影響材料的表面。為了測試環境能夠影響樣品的內部，有必要延長測試時間，以使整個材料都受到環境條件的影響(如圖2 所示)。

這種差別可以用術語“試驗箱因素”來概括。這意味著老化試驗箱內測試條件的變化不能與戶外的相匹配，除非測試循環的時間和轉變速度與戶外的一樣。如果變化條件與戶外的不一樣，那么對材料的影響也不一樣。

根據以上分析可以得出以下推論：首先，因為戶外變化因素很多，而且測試循環時間相差太大，老化試驗箱不能完全模擬戶外條件的復雜性;其次，加速老化試驗與戶外暴露試驗可能會得出不同的結果。