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谈谈为什么要做老化试验?
发布日期:2017-07-10      浏览次数:4922

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为什么要做老化试验?

 

气候和阳光辐照是损害涂料、塑料、油墨及其他高分子材料的主要原因,由于光照和潮湿对材料的破坏,每年造成亿万美元的经济损失。这种损害包括失光,褪色,黄变,开裂,脱皮,脆化,强度降低及分层。即使室内的光及玻璃窗透射的太阳光都会使一些材料老化,比如引起颜料、染料等褪色或变色。

 
 

很显然,对许多产品来说,抗老化和光稳定性是很重要的。几年来,各种各样的方法都被用过。现在大部分研究者使用自然暴露方法测试,自然暴露方法测试有很多优点:实际,便宜,易于操作。然而,大部分制造商不愿意等上几年的时间来观察一种新的改良的产品设计是否真的得到改进。

 

近年来,低价位且使用方便的实验室检测设备已经开发出来,包括紫外加速老化设备(符合ASTM G154)和氙灯试验箱(符合ASTM G155)。(紫外老化测试箱是世界上应用zui广的老化检测设备。它基于的原理是:对于经久耐用的材料,紫外线的短波长引起zui主要的老化损伤。尚测氙灯试验箱模拟太阳光的所有光谱,包括紫外线,可见光和红外线。)

 

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造成产品老化的自然因素

 

zui大的老化损害由三个因素引起:光照,高温和潮湿。这三个因素中的任一个都会引起材料老化。它们往往同时发生作用,造成的危害将大于其中任一因素单独作用所造成的。

 

光照

不同的材料对光的敏感性也不同。对于经久耐用的材料,如大多数涂料、塑料,紫外线的短波段是引起大部分聚合物老化的原因。然而,对于不是那么经久耐用的材料,比如一些颜料和染料,紫外线的长波段甚至可见光也会对其造成严重的老化。

 

高温

当温度升高时,光的破坏作用也将随之增大。尽管温度不影响主要的光致反应,它却影响次要的化学反应。实验室老化测试必须提供的温度控制,通常还通过升温的方法来加速老化过程。

 
 

潮湿

露水,雨水及高的湿度是引起潮湿危害的主要原因。我们的研究表明,放在室外的物品每天都将长时间处于潮湿状态(平均每天8~12 h)。研究也已发现由潮气形成的露水是室外潮湿的主要因素。露水造成的危害比雨水更大,因为它附着在材料上的时间更长,引起更为严重的潮湿吸收。

 

当然,雨水对材料的危害也很大。雨水将引起热冲击,比如当一辆汽车在一个炎热夏日温度升高突然因阵雨而急剧降温,从而产生冲击现象。雨水冲刷引起的机械侵蚀也会加速材料发生老化,如木材涂层,雨水冲洗去除表面老化层,将未老化的里层暴露于太阳光下产生进一步老化。

 

对于室内的材料,湿气的主要作用往往是机械应力。它因材料试图与周围保持潮湿平衡而引起。材料所经受的湿气越大,需要克服的应力也越大。尽管室内物品,比如纺织品,油墨只暴露于湿气环境中,但它仍是室外材料发生老化的一个重要的因素。在室外,周围相对湿度(RH)将影响一种潮湿材料干燥速度。

 

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紫外光老化测试

 

对暴露在室外的经久耐用的材料,紫外线的短波段300-400 nm即从365 nm到太阳光的zui低波段是引起老化损害的zui主要的原因。通过紫外线老化试验箱可在短时间内获得产品耐老化性能的真实数据。

 

尚测紫外线老化试验箱利用荧光紫外线灯来模拟太阳光对耐久性材料造成损害。紫外灯在电学原理上与普通照明用的灯很相似,但它主要发射紫外光而非可见光或红外线。

 

对于不同的应用条件,需要不同光谱进而需要不同类型的灯管。UVA-340灯管对太阳光的紫外短波段模拟效果好。UVA-340的光谱能量分布(SPD)在太阳光的截止点到大约360 nm范围内与太阳光谱吻合的非常好。

 

为了达到且可重复的测试结果,有必要控制辐照度(光强)很有必要。大多数紫外线老化试验箱都装备有光强控制器。这种的光控系统为使用者提供了选择辐照度度的方便。利用其反馈循环系统,可以连续地、自动地控制且地保持辐照度。辐照度调节系统靠调整灯的功率来自动地补偿灯管老化和其他因素造成的光强变化。在仅仅几天或几周内,紫外线老化试验箱能模拟在室外经几个月甚至几年所造成的损害。

 

尚测紫外线老化试验箱照度控制装备有照度控制器比手动照度控制的检测设备测试重复性更好的测试,因为这些灯不必旋转,维护措施也简化了。

 

在紫外线老化试验箱内部,因荧光紫外线灯固有的光谱稳定性,发光控制系统相对简单。随着灯管的老化,所有光源的输出都会发生衰减。然而,不像大多数其它类型的灯管紫外灯的光谱不会随时间变化。这也提高了测试结果的重复性,也是使用SC/UVA-PQ紫外线老化试验箱进行测试的一个主要的优点。


 

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紫外光老化测试灯管的选择

 

你的材料zui终使用条件决定了您应该使用哪种类型的UV灯管。所有的灯管主要发出紫外光,而不是可见光或红外光。UV灯管的功率相当于一个普通40瓦的荧光性灯。然而,每种不同类型的灯所发出的总紫外能量是不同的,并且光谱分布也是不一样的。紫外灯通常可分为UVA和UVB,主要取决于大部分输出光谱所在的区域。

 

UVA灯管

UVA灯管特别适用于不同类型的聚合物的比较测试,因为UVA灯不包含任何低于阳光295nm截止点的超短紫外光。他对材料的破坏作用较UVB灯慢。然而,他于户外曝晒结果的相关性更好。

 

UVA-340

UVA-340*地模拟太阳光从365nm到截止点295nm关键紫外短波区域。它的峰值为340nm.UVA-340对于不同组成的比较测试特别有用。

UVA-340灯管可以*的模拟短波 紫外光光谱

UVA-351

UVA-351模拟透过窗玻璃的太阳光中的紫外部分。适用于室内产品如:某些油墨以及邻近窗口放置的聚合物材料的老化测试。

 

UVB灯管

UVB灯管发出可在地球表面能得到的太阳光zui短波长。因此,荧光紫外UVB灯,广泛地用于QC和R&D部门更快速,的测试。由于所有的UVB灯发出非自然存在的,低于太阳光中载止点295nm的紫外短波,所以会有与实际条件的结果不同出现。我们可提供两种类型的UVB灯,它们的辐照量不同,但产生相同波形的紫外波长。

 

UVB-313EL

UVB-313EL相对于QFS-40灯来说,更适合QC和R&D应用和耐久材料的测试。UVB-313EL发出较高的UV输出,得到更快的测试结果,而且也是非常稳定的。

 

UVB-313EL是UVB-313的替代产品,他能提供更多的输出稳定性。太阳眼光强控制系统可以通过降低UVB-313EL的辐照光强来模拟QFS-40灯管。这样可以延长灯管的寿命并减少灯管替换的成本。

UVA-340

特别适用于不同配方的对比测试。推荐用于大多数的塑料、纺织品、涂料、颜料和紫外稳定剂的相关性测试。适用于于户外曝晒的结果进行对比

UVB-313EL

QC和R&D应用,建议用于一些耐用材料,如:屋顶材料以及一些户外涂料等。

QFS-40(F40UVB)

车用外饰油漆

UVA-351

用于透过玻璃的太阳光紫外模拟。建议用于一些汽车内饰件,纺织品和油墨。

 

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全光谱氙灯老化测试

 

氙灯试验箱模拟太阳光的所有光谱,包括紫外线(UV),可见光和红外线(IR)。可被用于测试对紫外线的长波段,可见光及红外线较敏感的材料测试。氙弧光灯光谱有两个影响因素:滤光系统和光源稳定性。

 

氙弧光灯产生的光谱必须经过滤来减少不需要的光谱成分。使用不同类型的玻璃滤光器可得到不同的光谱。滤光器的使用取决于被测材料和材料的zui终使用条件。不同的过滤器过滤的光谱是紫外线的短波段的量不同,这将在很大程度上影响老化的速度和类型。有三种类型的经常使用的滤光器日光,窗玻璃,紫外延伸过滤器。


 

SC氙灯试验箱的氙弧灯可以zui真实地再现全光谱太阳光,包括紫外线、可见光和红外线。对于许多材料的测试需要将其曝露在全光谱下,以提供准确的模拟,特别是在色牢度测试和耐光性测试中。

 

氙灯试验箱是用于材料测试的重要研发和质量控制工具,可以测试那些暴露于户外直射阳光、窗玻璃透射阳光或室内照明环境下的产品。试验箱型号和配置多样,您可以根据自己的测试要求,选择您所需要的型号。

 

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盐雾腐蚀测试

 

 腐蚀是材料或其性能在环境的作用下引起的破坏或变质。大多数的腐蚀发生在大气环境中,大气中含有氧气、湿度、温度变化和污染物等腐蚀成分和腐蚀因素。盐雾腐蚀就是一种常见和zui有破坏性的大气腐蚀。也是金属制品老化的一种表现形式。

 

与老化测试领域一样,很多腐蚀测试创新都发生在汽车行业。20世纪80年代和20世纪90年代的汽车循环腐蚀试验在之前倡导的干湿循环中增加了冷凝高湿。腐蚀溶液重现了使用盐融化雪和冰的恶劣路况。这些试验一般从利用传统压缩空气雾化喷嘴喷洒腐蚀溶液,然后烘干的方式进行。测试样板上的盐残渣会在冷凝高湿环境中溶解,重新在试样表面和涂料划痕上产生反应。在很多环境中,尤其是在冬季盐处理道路上行驶的汽车,这些试验往往与户外腐蚀有很好的相关性,并很大程度上提高了防腐性,对行业有很大的帮助。


现代腐蚀试验箱,如新型盐雾试验箱,对环境条件的控制更加严格,且不再需要人工操作就可以满足试验需求,如GMW 14872。*项改善是增加相对湿度控制功能。这对需要“干燥”或“实验室环境”条件的试验阶段来说很重要。实验室环境条件随地理气候条件变化,往往达不到控制各阶段之间过渡时间的度。因为复合盐雾试验箱的相对湿度控制系统和供空气预处理装置提供热或冷的干燥空气进入箱体,几乎可以达到所有汽车腐蚀工程师规定的试验条件。

复合盐雾试验箱的另一个进步是控制腐蚀喷雾。用户能够对喷雾打开/关闭的时间进行编程,以便他们能够控制喷到试样上的沉降量。这是GMW 14872测试标准中另一种有效的控制腐蚀样品速率的方法,其中仅说明了“试验样品和样片彻底润湿/溶液滴落。”传统盐雾应用强调喷雾的均匀性和避免“直接冲击”,然而新方法强调喷雾快速润湿试样并冲洗掉盐残渣,以留下长时间过渡到其他试验阶段。

 

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部分老化测试行业参照标准

 

了解材料或者产品耐老化的能力如何,就需要做一些人工加速老化试验,以下是一些常见的老化测试项目以及标准:

 

常规产品

JIS D 0205、ASTM G151、ASTM G154、ASTM G155、SAE J2020

 

涂层老化测试标准

ASTM D3794、ASTM D3451、ASTM D3794、ASTM D4587、Israeli Standard No. 330,385,935,1086、Korean Standards M598-1990、ASTM D6695、ISO 11341、NACE Standard TM-01-84、NISSAN M0007

 

印刷油墨/艺术家所用材料

ASTM D3424、ASTM D4303、ASTM D5010、ISO 12040

 

塑料制品老化测试标准

ASTM D2565、ASTM D4459、ASTM D4101、ASTM D5071、ASTM D4329、ASTM D4674、ASTM D5208、ASTM D1248、DIN 53 384、ISO 4892

 

粘合剂材料测试标准

ASTM C1442、ASTM C24.35.31、ASTM D904、ASTM D5215

 

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老化测试结果的评价

 

你可以通过加速老化试验箱得到很好的耐久性数据。但是你必须认识到你所得到的数据是比较的数据,并不是的数据。你能从实验室老化测试中得到的结果是,关于一种材料比较另一种材料耐久性相对等级的可靠的显示。实际上,同样的说法可应用在Florida曝晒测试上。没有人知道在朝南5°室外“黑箱”中曝晒一年与在房间里或车里老化一年的比较结果。即使是室外测试也只能给出实际工作期限的相对显示。

 

然而,比较的数据也可以是很有效的。例如,你会发现设计的轻微变化可能会使标准材料的耐久性延长2倍。或者你会发现由多家供应商提供的外观相同的材料,其中一部分老化很快,大部分需中等的时间才会老化,还有较少的一部分经过更长时间的曝晒才老化。或者你会发现价格较低的设计对标准材料有相同的耐久性,这种标准材料在实际服务年限中,如5年,有令人满意的性能。

 

老化问题专家——武汉尚测试验设备有限公司。

 

 

 

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