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氙灯老化试验推算自然气候曝晒性能的试验条件
发布日期:2013-04-17      浏览次数:2191

随着氙灯老化试验箱紫外老化试验箱价格的逐步降低,以及人们质量意识的逐步提高,不光是大专院校、科研院所、专业测试机构从事环境加速老化试验箱,现在连一般的企业都大量采购和使用加速老化试验设备,比如:氙灯老化试验箱、紫外老化试验箱。

但是,人们一直希望让试验室里得出的材料和产品的老化性能或者耐老化的时间来推算出该材料或产品在自然曝晒情况下耐候时间和性能。

一般而言,我们由于试验条件的不同、参数不同、设备不同,以及试验对象的难以一致、曝晒地区、使用地区气候的巨大差别,所以,一般我们的结论是不能推断和推算,但是,现在我们通过聚乙烯罩袋固定试验条件得出相当于自然曝晒的时间,可供参考。当然如果换了试验对象,则换算因子或者说加速因数就不一样了。

随着聚乙烯罩袋在国际货运及仓储中应用的普及,其在使用过程中遇到的老化问题引起了越来越多用户及生产厂家的重视。为满足使用需要,通常客户要求罩袋在户外自然条件下曝露12个月后仍能保持一定的牢固强度,在通常外力作用下不会轻易破裂。《国际海远危险货物规则》也明确地要求柔性大宗包装应足以抵抗由于紫外线等而造成的自然气候曝露。

户外曝露的聚乙烯性能的变差是由于太阳光中的短波辐射引起的,通过遮盖和屏蔽可以有效的防止聚乙烯对太阳能的吸收。为了防止或降低光氧老化作用,可在聚乙烯中添加具有蔽光作用的稳定剂,如炭黑或紫外线吸收剂。但通常厂家很难确定添加多少量的炭黑或紫外线吸收剂就能符合客户的要求。市场上具有遮盖和屏蔽作用的炭黑或紫外线吸收剂的价格一般在几万元一吨,且种类繁多。就添加何种添加剂,添加比例多少到能达到客户要求,仍然缺乏一套行之有效的方法。寻找行之有效的人工加速老化测试与计算方法对聚乙烯罩袋的耐老化性能的评估势在必行。

试验采用平板式氙灯试验箱、日光Q型过滤器。试验箱顶部安装有多个水冷氙灯管,过滤器置于灯管下部。试验箱顶部和侧部均装有反射系统以增强辐照度的均匀性。测试样品安放在灯管下方的样品托盘上。托盘略微小角度倾斜,以方便使水流走。为获得准确的、重复性好的测试结果,试验箱带有控制光线强度(辐照度)、黑标温度和相对湿度的控制系统。光强的改变会影响材料损坏的速度,而光谱能量分布的改变则会影响材料的降解速度和类型。

测试标准采用ISO 4892—2氙弧灯老化测试方法A中zui常用的第1个循环,控制波长在340nm的辐照度为O.51±0.02 W•m之。每120min为一个循环,其中:干燥102min,喷淋18min。干燥时对温度和相对湿度进行控制:黑标温度65±3℃、测试室环境温度38±3℃、相对湿度50±10%。

自然气候曝露受客观条件的约束和影响比较大,例如:曝露试验场应选择在受试产品实际使用环境条件下建立;场地应平坦、空旷、不积水、草高不应超过0.3m;曝露场附近无工厂烟囱和能散发大量腐蚀性化学气体的设施,避免局部严重污染的影响。自然气候曝露的结果还会随投试季节的不同而改变。但这种影响会随曝露时间的延长而减少。

为了将实验室得到的氙灯老化测试数据用于推测自然气候曝露,需要确定各地区、不同气候状况下的太阳辐射量,以及氙灯老化测试与实际使用环境自然气候曝露的相关性。控制氙灯老化辐射总量与自然曝露辐射总量相当需要考虑其实际使用环境的辐射强度。例如,如果塑料制品的产地位于中国山东省,而使用地在中国广东省,则在山东进行的自然气候曝露结果不能被直接应用于广东省,需要根据产品的实际使用环境进行换算与推算;如果在中国生产的塑料制品出口到美国,那就需要结合美国当地的情况来对人工老化测试结果进行合理的换算与推算。

按接受太阳能辐射量的大小,中国大致上可分为五类地区,美国大致可分为四类地区。对应中国一、二、三、四、五类地区的典型城市分别是:拉萨、山西北部、山东、广东、四川。对应美国A、B、C、D类地区的典型城市分别是:菲尼克斯、里弗塞德、达拉斯、斯兰克顿.

全球每年因塑料产品老化造成的产品褪色、失光、氧化、开裂、粉化和强度下降,从而导致的直接或间接经济损失高达数亿美元。通过氙灯老化测试,结合各地太阳辐射的年平均辐照量,采用统计学方法,可以在相对较短的时间内推算出相当于自然气候曝露一年的聚乙烯制品的性能,有效地防止了生产及长时间测试或自然气候暴露的浪费。人工老化测试时间长、费用高。以氙灯老化测试为例,滤光器使用4000h就应报废,外滤光罩使用2000h后应报废,而内滤光罩只能用400h。本文提出的方法可以将实验室相对时间较短的测试结果迅速地应用于实际使用当中,快速地得到置信度高的结果,可大大节省了测试费用,并明显提高从产品的设计开发到试制、量产的效率。以美国达拉斯市为代表的美国太阳能辐射C类地区,只需要8l0h就可以推测出相当于一年(8760h)的材料性能;以美国斯兰克顿市为代表的美国太阳能辐射D类地区,只需要579h就可以推测出相当于一年的材料性能。

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