氣候和陽(yáng)光照射是涂料、塑料、油墨等高分子材料損壞的主要原因。由于光照和濕度對(duì)材料的破壞，每年造成數(shù)億美元的經(jīng)濟(jì)損失。這種損壞包括失去光澤、褪色、發(fā)黃、破裂、剝落、脆化、強(qiáng)度降和分層。甚至室內(nèi)光線和玻璃窗透射的陽(yáng)光也會(huì)使一些材料老化，比如導(dǎo)致顏料和染料褪色或變色。
顯然，抗老化和光穩(wěn)定性對(duì)于很多產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是較重要的。多年來(lái)，使用了各種方法?，F(xiàn)在大多數(shù)研究者采用自然暴露法進(jìn)行測(cè)試，這種方法有很多優(yōu)點(diǎn):實(shí)用、成本低、操作簡(jiǎn)單。但是，大多數(shù)廠商都不愿意等上幾年，看看一個(gè)新改進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否真的改進(jìn)了。
近年來(lái)，開(kāi)發(fā)了低成本和易于使用的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備，包括紫外線加速老化設(shè)備(符合ASTM G154)和氙燈試驗(yàn)箱(符合ASTM G155)。(紫外線老化試驗(yàn)箱是國(guó)際上廣泛使用的老化測(cè)試設(shè)備。它是基于這樣的原理:對(duì)于耐用材料，紫外光的短波長(zhǎng)引起zui的主要老化損傷。氙燈試驗(yàn)箱模擬陽(yáng)光的所有光譜，包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線。)
導(dǎo)致產(chǎn)品老化的自然因素
大老化傷害是由光照、高溫、濕度三個(gè)因素造成的。這三個(gè)因素中的任一一個(gè)都會(huì)造成材料老化。他們往往同時(shí)行動(dòng)，造成的危害會(huì)大于其中任一一個(gè)單獨(dú)行動(dòng)造成的危害。
照明
不同的材料對(duì)光的有感度不同。對(duì)于耐用材料，如大多數(shù)涂料和塑料，紫外線的短波段是大多數(shù)聚合物老化的原因。而對(duì)于不那么耐用的材料，比如一些顏料、染料，紫外線甚至可見(jiàn)光的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，會(huì)造成嚴(yán)重的老化。
高溫
當(dāng)溫度升高時(shí)，光的破壞作用也會(huì)增加。溫度雖然不影響主要的光誘導(dǎo)反應(yīng)，但確實(shí)會(huì)影響次要的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室老化試驗(yàn)必須提供溫度控制，通常通過(guò)提高溫度來(lái)加速老化過(guò)程。
潮濕
露水、雨水和高濕度是濕度危害的主要原因。我們的研究表明，戶外物品每天都會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時(shí))。研究還發(fā)現(xiàn)，濕氣形成的露水是室外濕度的主要因素。露水比雨水危害更大，因?yàn)樗吃诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，吸濕更嚴(yán)重。
當(dāng)然，雨水對(duì)材料的傷害也很大。雨水會(huì)造成熱沖擊，比如在炎熱的夏天，汽車的溫度上升，突然因?yàn)殛囉甓眲∠陆?，就?huì)造成沖擊現(xiàn)象。雨水沖刷造成的機(jī)械侵蝕也會(huì)加速材料的老化，如木材涂層，雨水沖刷去除表面老化層，將未老化的內(nèi)層暴露在陽(yáng)光下造成進(jìn)一步老化。
對(duì)于室內(nèi)材料來(lái)說(shuō)，水分的主要作用往往是機(jī)械應(yīng)力。這是由于材料試圖與周圍環(huán)境保持水分平衡造成的。材料受到的濕度越大，需要克服的應(yīng)力就越大。雖然室內(nèi)物品，如紡織品和油墨只暴露在濕氣中，但它仍然是室外材料老化的一個(gè)重要因素。在室外，環(huán)境相對(duì)濕度(RH)會(huì)影響濕物料的干燥速度。
紫外線老化試驗(yàn)
對(duì)于暴露在戶外的耐用材料，紫外線300-400 nm的短波段，即365 nm到太陽(yáng)光的低波段，是導(dǎo)致zui老化損壞的主要原因。通過(guò)紫外老化試驗(yàn)箱可以在短時(shí)間內(nèi)獲得產(chǎn)品抗老化的真實(shí)數(shù)據(jù)。
紫外線老化試驗(yàn)箱采用熒光紫外燈，模擬陽(yáng)光對(duì)耐久材料造成的損傷。紫外線燈在電學(xué)原理上類似于普通照明的燈，但它主要發(fā)射紫外線而不是可見(jiàn)光或紅外線。
對(duì)于不同的應(yīng)用條件，需要不同的光譜，進(jìn)而需要不同類型的燈。UVA-340燈管對(duì)太陽(yáng)光有很好的紫外短波段模擬作用。UVA-340的光譜能量分布(SPD)與從太陽(yáng)光的截止點(diǎn)到大約360 nm的太陽(yáng)光譜較一致。
為了獲得可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果，有必要控制輻照度(光強(qiáng))。大多數(shù)紫外線老化試驗(yàn)箱都配有光強(qiáng)控制器。這種光控系統(tǒng)為用戶選擇輻照度提供了方便。有了反饋回路系統(tǒng)，輻照度可以連續(xù)自動(dòng)控制和保持。輻照度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)燈的功率，自動(dòng)補(bǔ)償燈管老化等因素引起的光強(qiáng)變化。在短短幾天或幾周內(nèi)，紫外線老化試驗(yàn)箱就可以模擬在戶外數(shù)月甚至數(shù)年的損傷。
紫外線老化試驗(yàn)箱的照度控制配備了照度控制器，比手動(dòng)照度控制測(cè)試設(shè)備具有更好的測(cè)試重復(fù)性，因?yàn)檫@些燈不用旋轉(zhuǎn)，維護(hù)措施也簡(jiǎn)化了。
在紫外老化試驗(yàn)箱中，由于熒光紫外燈固有的光譜穩(wěn)定性，發(fā)光控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。隨著燈的老化，所有光源的輸出都會(huì)衰減。然而，與大多數(shù)其他類型的燈管不同，紫外線燈的光譜不會(huì)隨時(shí)間而改變。這也提高了測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性，也是使用SC/UVA-PQ紫外老化試驗(yàn)箱進(jìn)行測(cè)試的一大優(yōu)勢(shì)。
紫外老化測(cè)試燈管的選擇
你的材料zui的終使用條件決定了你應(yīng)該使用哪種類型的紫外線燈。所有的燈主要發(fā)出紫外線，而不是可見(jiàn)光或紅外線。紫外線燈的功率相當(dāng)于一個(gè)普通的40瓦熒光燈。但不同類型的燈發(fā)出的紫外線總能量不同，光譜分布也不同。紫外燈通常可以分為UVA和UVB，主要取決于大部分輸出光譜所在的區(qū)域。
UVA燈管
UVA燈特別適用于不同類型聚合物的對(duì)比試驗(yàn)，因?yàn)閁VA燈不含任一低于太陽(yáng)光295nm截止點(diǎn)的超短紫外光。他對(duì)材料的傷害比UVB燈慢。不過(guò)他的戶外曝光結(jié)果相關(guān)性更好。
UVA-340
UVA-340*模擬太陽(yáng)光從365納米到295納米截止點(diǎn)的關(guān)鍵紫外線短波區(qū)域。其峰值為340納米。UVA-340特別適用于不同成分的對(duì)比測(cè)試。
UVA-340燈可以模擬短波紫外光譜。
UVA-351
UVA-351模擬陽(yáng)光穿過(guò)窗玻璃的紫外線部分。適用于室內(nèi)產(chǎn)品的老化測(cè)試，如放置在窗戶附近的一些油墨和高分子材料。
UVB燈管
UVB管發(fā)射的是在地球表面可以獲得的短波長(zhǎng)太陽(yáng)光zui。因此，熒光紫外UVB燈廣泛用于質(zhì)量控制和R&D部門，以便更快、更好地進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)樗械腢VB燈發(fā)出的都是非天然的紫外線短波，低于太陽(yáng)光的停止點(diǎn)295nm，所以結(jié)果會(huì)和實(shí)際情況不一樣。我們可以提供兩種類型的UVB燈，它們的照射量不同，但產(chǎn)生的紫外線波長(zhǎng)波形相同。
紫外線B-313EL
與QFS-40燈相比，UVB-313EL更適合質(zhì)量控制和R&D應(yīng)用以及耐用材料的測(cè)試。B-313EL發(fā)射高紫外輸出，可以得到更快的測(cè)試結(jié)果，也較穩(wěn)定。
UVB-313EL是UVB-313的替代產(chǎn)品，可以提供更高的輸出穩(wěn)定性。太陽(yáng)能強(qiáng)度控制系統(tǒng)可以通過(guò)降UVB-313EL的照射強(qiáng)度來(lái)模擬QFS-40燈。這樣可以延長(zhǎng)燈管的壽命，降更換燈管的成本。
UVA-340
特別適用于不同配方的對(duì)比試驗(yàn)。建議用于大多數(shù)塑料、紡織品、涂料、顏料和紫外線穩(wěn)定劑的相關(guān)性測(cè)試。比較了適合戶外曝光的結(jié)果。
紫外線B-313EL
以及質(zhì)量控制和R&D應(yīng)用。建議用于一些耐用材料，如屋面材料和一些室外涂料。
QFS-40
汽車外飾漆
UVA-351
用于太陽(yáng)光穿過(guò)玻璃的紫外線模擬。建議用于一些汽車內(nèi)飾件、紡織品和油墨。
全光譜氙燈老化試驗(yàn)
氙燈試驗(yàn)箱模擬太陽(yáng)光的所有光譜，包括紫外線(UV)、可見(jiàn)光和紅外線(IR)。它可用于測(cè)試對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的紫外線、可見(jiàn)光和紅外線有感的材料。影響氙燈光譜的因素有兩個(gè):濾光系統(tǒng)和光源的穩(wěn)定性。
氙燈產(chǎn)生的光譜必須被過(guò)濾以減少不想要的光譜成分。不同類型的玻璃濾光器可以用來(lái)獲得不同的光譜。過(guò)濾器的使用取決于被測(cè)材料和材料的終使用條件。不同的濾光片對(duì)紫外線短波段的光譜過(guò)濾量不同，會(huì)極大地影響老化的速度和類型。常用的濾光器有三種:日光濾光器、窗玻璃濾光器和紫外線擴(kuò)展濾光器。
SC氙燈試驗(yàn)箱的氙弧燈能真實(shí)再現(xiàn)全光譜太陽(yáng)光，包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線。許多材料需要暴露于全光譜以提供準(zhǔn)確的模擬，尤其是在色牢度測(cè)試和耐光牢度測(cè)試中。
氙燈試驗(yàn)箱是材料測(cè)試的重要R&D和質(zhì)量控制工具。它可以測(cè)試暴露于室外直射陽(yáng)光、窗戶玻璃透射的陽(yáng)光或室內(nèi)照明的產(chǎn)品。試驗(yàn)箱有多種類型和配置?？梢愿鶕?jù)自己的測(cè)試要求選擇需要的類型。
鹽噴腐蝕試驗(yàn)
它是由環(huán)境引起的腐蝕性物質(zhì)或其性質(zhì)的破壞或退化。大部分腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境中，大氣環(huán)境中含有腐蝕成分和氧氣、濕度、溫度變化、污染物等因素。鹽霧腐蝕是常見(jiàn)的破壞性大氣腐蝕。也是金屬制品老化的一種表現(xiàn)。
與老化測(cè)試領(lǐng)域一樣，汽車行業(yè)也在腐蝕測(cè)試方面進(jìn)行了許多創(chuàng)新。20世紀(jì)80年代和90年代的汽車循環(huán)腐蝕試驗(yàn)在以前提倡的干濕循環(huán)中增加了冷凝和高濕度。腐蝕再現(xiàn)了用鹽融化冰雪的惡劣路況。這些試驗(yàn)一般是用傳統(tǒng)的壓縮空氣霧化噴嘴噴射腐蝕性溶液，然后烘干。測(cè)試樣品上的鹽殘留會(huì)在冷凝和高濕度環(huán)境中溶解，并在樣品表面和油漆劃痕上再次反應(yīng)。在很多環(huán)境下，尤其是冬季行駛在鹽處理道路上的汽車，這些測(cè)試往往與室外腐蝕有很好的相關(guān)性，大大提高了抗腐蝕能力，對(duì)行業(yè)有很大的幫助。
現(xiàn)代腐蝕試驗(yàn)箱，如新型鹽霧試驗(yàn)箱，對(duì)環(huán)境條件控制更嚴(yán)格，無(wú)需人工操作即可滿足試驗(yàn)要求，如GMW 14872。*改進(jìn)是增加了相對(duì)濕度控制功能。這對(duì)于需要“干燥”或“實(shí)驗(yàn)室環(huán)境”條件的測(cè)試階段較重要。隨著地理和氣候條件的變化，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件往往無(wú)法控制不同階段之間的過(guò)渡時(shí)間。由于復(fù)合鹽霧試驗(yàn)箱的相對(duì)濕度控制系統(tǒng)和空氣預(yù)處理裝置向箱內(nèi)提供熱或冷的干燥空氣，幾乎可以滿足所有汽車腐蝕工程師規(guī)定的試驗(yàn)條件。
復(fù)合鹽霧試驗(yàn)箱的另一個(gè)進(jìn)步是控制腐蝕噴霧。用戶可以對(duì)噴射的開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行編程，以便控制噴射在樣品上的沉降量。這是GMW 14872測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中控制腐蝕取樣率的另一種有效方法，該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定“測(cè)試樣品和樣品片全潤(rùn)濕/溶液滴落”傳統(tǒng)的鹽霧應(yīng)用強(qiáng)調(diào)噴霧的均勻性和避免“直接撞擊”，但新方法強(qiáng)調(diào)噴霧能快速潤(rùn)濕樣品并沖走鹽渣，從而給其他實(shí)驗(yàn)階段留下漫長(zhǎng)的過(guò)渡。
老化試驗(yàn)的一些行業(yè)參考標(biāo)準(zhǔn)
要了解材料或產(chǎn)品的抗老化性能，需要做一些人工加速老化試驗(yàn)。以下是一些常見(jiàn)的老化測(cè)試項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn):
傳統(tǒng)產(chǎn)品
JIS D 0205、ASTM G151、ASTM G154、ASTM G155、SAE J2020
涂層老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM D3794、ASTM D3451、ASTM D3794、ASTM D4587、以色列330、385、935、1086號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、韓國(guó)M598-1990標(biāo)準(zhǔn)、NACE ASTM D6695、ISO 11341標(biāo)準(zhǔn)TM-01-84、日產(chǎn)M0007標(biāo)準(zhǔn)
藝術(shù)家使用的印刷油墨/材料
ASTM D3424、ASTM D4303、ASTM D5010、ISO 12040
塑料產(chǎn)品老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
ASTM D2565、ASTM D4459、ASTM D4101、ASTM D5071、ASTM D4329、ASTM D4674、ASTM D5208、ASTM D1248、DIN 53 384、ISO 4892
膠粘劑測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM C1442、ASTM C24.35、ASTM D904、ASTM D5215
老化測(cè)試結(jié)果的評(píng)估
通過(guò)加速老化試驗(yàn)箱可以獲得良好的耐久性數(shù)據(jù)。但你必須認(rèn)識(shí)到，你得到的數(shù)據(jù)是比較數(shù)據(jù)，而不是新數(shù)據(jù)。你可以從實(shí)驗(yàn)室的老化測(cè)試中得到一種材料與另一種材料相比的相對(duì)耐久性等級(jí)的可靠顯示。事實(shí)上，同樣的說(shuō)法也可以適用于佛羅里達(dá)暴露試驗(yàn)。沒(méi)有人知道在朝南5的室外“黑匣子”中暴露一年和在房間或汽車中老化一年的比較結(jié)果。即使是室外測(cè)試也只能給出實(shí)際工作周期的相對(duì)指示。
然而，比較數(shù)據(jù)也可以較有效。比如，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)上的微小變化，可能會(huì)讓標(biāo)準(zhǔn)材料的耐用性延長(zhǎng)2倍?；蛘吣赡軙?huì)發(fā)現(xiàn)許多供應(yīng)商提供的外觀相同的材料，其中一些老化很快，大多數(shù)需要中等時(shí)間才能老化，少數(shù)經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間的暴露后就會(huì)老化。或者你會(huì)發(fā)現(xiàn)，價(jià)格更低的設(shè)計(jì)，和標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的耐用性是一樣的，在實(shí)際使用壽命中有令人滿意的表現(xiàn)，比如5年。
