耐候性加速試驗的方法

 前言

耐候性加速試驗就是在比實際使用更短的時間內(nèi)，掌握制品及橡膠原材料在實際使用環(huán)境下的老化過程，這對提高制品及橡膠原材料的性能是非常重要的。

1 耐候性加速試驗裝置

試驗裝置中的光源可使用自然光和實驗室光源( 人工光源) 。

1. 1 使用太陽光源的耐候性加速試驗裝置

1) 夫列涅耳( フレネル) 反射集光促進(jìn)暴露試驗裝置

這是一種一邊追蹤太陽光，一邊用10 面反射鏡反射集中太陽光，使之照射在試樣上的裝置。因為是使用自然太陽光，所以，由于季節(jié)的不同照射在試樣上的照射度( 光的強(qiáng)度) 也有所不同。另外，由于使用的是鏡子，所以其試驗場地要限定在干燥地區(qū)( 例如沙漠等) 。試驗裝置設(shè)置在亞利桑那( ワリゾナ) ，其加速程度約是佛羅里達(dá)( ワロリダ) 州的6 倍( 見圖1，對照ISO877， JISK7219，ASTMG90 標(biāo)準(zhǔn)) 。

2) 可控制溫濕度的追蹤太陽光型暴露裝置

把試樣放入玻璃( 汽車內(nèi)裝飾材料) 箱內(nèi)，使之暴露在太陽光下。裝置會自動追蹤太陽光，白天箱內(nèi)空氣溫度維持在70 ℃，夜間空氣溫度維持在38 ℃，相對濕度維持在75%。

1. 2 使用試驗室光源的耐候性加速試驗裝置

1) 氙弧燈裝置

這是一種光源分布近似于太陽光的氙弧燈照射裝置，它分為水冷卻和空氣冷卻兩種類型。裝置上的燈泡玻璃通過過濾能夠模擬室外光或穿過窗戶玻璃的太陽光。另外，可以不改變分光的分布就能夠控制照射程度( 見圖2) 。

裝有燈泡過濾玻璃的氙弧燈和太陽光

2) 紫外線螢光燈裝置

使用紫外線螢光燈作為光源，規(guī)定了3 種不同分光分布的燈泡( 室外、模擬透過窗戶玻璃、篩選用) 。使用實驗室光源試驗成本比較低( 見圖3) 。

紫外線螢光燈裝置和太陽光

3) 開放式框架碳弧燈

這是一種使用鍍銅碳棒和平板濾光玻璃 ( 光源波長為350 ～ 450 nm) ，具有與太陽光不同分光分布的裝置。但它不能控制照射度( 見圖4) 。

開放式框架的碳弧燈和太陽光( 陽光碳弧)

4) 使用其它光源的裝置也有使用密封石墨燈、汞燈、金屬鹵化燈、鹵素?zé)舻茸鳛楣庠吹难b置。

2 試驗時的要點

進(jìn)行耐候性加速試驗時，要注意以下幾點。若不確定試驗條件就難以掌握在實際使用環(huán)境下制品及原材料的正確的老化反應(yīng)過程。

2. 1 光源的選擇

選擇光源可采用分光分布近似于太陽光的氙弧燈，以及符合MIL SFD810，SFTP DIN75 220 等國際規(guī)格的鹵化金屬燈。選擇近似于太陽光光源的理由是:

1) 試樣的感應(yīng)波長

試樣能分別感應(yīng)不同的老化反應(yīng)的波長。假如地球上沒有太陽光的照射( 波長) 所造成的老化的話，那么材料在室外就難以產(chǎn)生光老化。所以選擇能對材料產(chǎn)生反應(yīng)的波長進(jìn)行照射，使其發(fā)生老化反應(yīng)。

2) 試樣的顏色

試樣的顏色各異，在室外由于試樣的顏色不同溫度也不一樣。由于顏色造成的溫度差即使進(jìn)行試驗也不能重現(xiàn)，試驗結(jié)果和在室外的大相徑庭。要重現(xiàn)溫度差，從光源里射出的光的波長要在650 ～ 800 nm 范圍內(nèi)，這種照射與太陽光具有同等的水平，這一點是很重要的 ( 見圖5) 。

試樣顏色不同所導(dǎo)致的試樣表面溫度差

2. 2 試驗條件，試驗時間( 周期)

為了盡快得到試驗結(jié)果，也有將放射能或試驗溫度提到很高水平的做法，但多半情況下這樣的做法與室外試驗相差甚遠(yuǎn)。試驗時試樣的熱歷程、濕度對其有很大影響。

1) 對光和溫度的反應(yīng)性

試樣對光有反應(yīng)性( 強(qiáng)弱不等) ，對溫度也有反應(yīng)性( 強(qiáng)弱各異) 。對光反應(yīng)性低、溫度反應(yīng)性高的材料來說，如果提高溫度就會促進(jìn)其老化，但提高光能( 放射能) 卻不能促進(jìn)其老化; 其次，對光、溫度反應(yīng)性的強(qiáng)弱因試樣的不同而有所區(qū)別。

2) 吸濕性、水解

試樣的吸濕性有高低之分，遇水會分解或不分解。吸濕性高、遇水分解的試樣在試驗時往往在試驗條件中要增加黑暗周期( 光源關(guān)閉) 條款來促進(jìn)其老化，這樣可以提高相關(guān)性。

3) 加濕、噴撒霧水

水對試樣有直接的影響，特別是水附著在含有白炭黑的試樣的表面會對試驗結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。所以，加濕、噴撒霧水要用高品質(zhì)的水 ( 如離子交換水、蒸餾水等) 。

3 結(jié)語

通過采用耐候性加速試驗方法來獲取100%的相關(guān)性，這樣的裝置現(xiàn)在尚屬空白。為了提高相關(guān)性要把握材料、制品的特性，選擇實際使用環(huán)境中的光源和試驗條件。