高分子材料快速紫外光老化测试

塑料向来引起人们关注的问题就是老化寿命,尤其是PVC塑料窗更是如此。能否与建筑物“白头偕老”是生产者与用户都十分关心的问题。塑料经过一段时间使用将发生老化,塑窗...


塑料向来引起人们关注的问题就是老化寿命,尤其是PVC塑料窗更是如此。能否与建筑物“白头偕老”是生产者与用户都十分关心的问题。塑料经过一段时间使用将发生老化,塑窗也不例外。这些老化变色速度是不一样的,主要取决于配方、原材料的选择加工等诸多因素。

什么是高分子材料的“老化”?

高分子材料(包括塑料、橡胶、纤维、涂料等)的老化,高分子材料在加工、贮存和使用过程中,由于各种外界因素的影响(如:热、光、氧、机械应力、臭氧、有害金属离子、辐射等),材料的内部结构或化学特性发生了变化,性能和使用价值逐渐降低甚至完全失去使用价值的现象。

高分子老化的原理:

老化分为化学老化物理老化两种类型。

化学老化是一种不可逆的化学反应,它是分子结构变化的结果,例如塑料的脆化,橡胶的龟裂,纤维的变黄等。

化学老化可以分为降解交联两种类型。

降解是指高分子受紫外线、热、机械力等因素的作用而发生的分子链的断裂;交联是指高分子碳-氢键断裂,产生的高分子自由基相互结合,形成网状结构交联是指线型或支型高分子链间以共价键连接成网状或体型高分子的过程降解和交联对高分子的性能有很大的影响。降解使高分子分子量下降,材料变软发粘,抗拉强度和模量降低;交联使高分子材料变硬变脆,伸长率下降。 

物理老化不涉及分子结构的改变,它仅仅是由于物理作用发生的可逆性变化。例如有些高分子材料受潮后绝缘性能下降,但干燥后可以恢复。

抗UV测试原理:

UV老化试验箱可以模拟由阳光、雨水和露水对材料造成的危害,QUV利用荧光紫外(UV)灯模拟阳光照射的效果,利用冷拟湿气雨水和露水,被测试材料放置于一定温度下的光照和潮气交替的循环程序中进行测试,QUV用数天或数周的测试,即可重现户外数月至数年出现的危害。危害类型包括:褪色、变色、失光、粉化、裂痕、浑浊、泡化、脆化、强度衰退和氧化。

1 UV老化测试部分标准(常规无喷淋条件):

2 测试影响因素

(1)UV灯管的种类;

(2)辐照强度;

(3)光照和暗周期时的保持温度;

(4)光照和暗周期的相对时间长度;

(5)水温;

(6)喷淋条件;

(7)循环条件。

3 UV灯管

紫外线是造成高分子材料耐久性能破坏的主要影响因素。紫外灯管会模拟阳光中的紫外短波,可以通过更换不同类型的灯管来模仿辐照能量和波长不同的紫外光。

通常,UV灯管可分为UVAUVB两种。

UVA-340灯管:UVA-340 灯管可极好地模拟太阳光中的短波紫外光,即从365 纳米到太阳光截止点 295 纳米的波长范围。

UVA-351灯管:模拟透过窗玻璃的阳光紫外光,它对于测试室内材料的老化最为有效。

UVB-313灯管:UVB-313 灯管发出的短波紫外光比通常照射在地球表面的太阳紫外线强烈,从而可以最大程度的加速材料老化。然而,强烈的紫外线可能会对某些材料造成永久性破坏。UVB-313 灯管主要用于质量控制和研究开发,或对耐候性极强的材料进行测试。

4 辐照强度

通过对照射强度控制可得到精确性和重复性好的测试结果。紫外光老化试验装置配备了辐照度控制系统。这些精确的辐照度控制系统使用户做试验时能选择辐照度量。通过反馈控制系统,辐照度能被连续和自动地监控并精确地得到控制。控制系统通过调节灯管的功率而自动地对因灯管老化或其他原因造成的照度不足进行补偿。

5 潮湿冷凝环境

在很多户外环境中,材料每天的潮湿时间可长达12小时。研究表明造成这种户外潮湿的主要因素是露水,而不是雨水。通过独特的冷凝功能来模拟户外的潮湿侵蚀。在试验过程中的冷凝循环中,测试室底部蓄水池中的水被加热以产生热蒸气,并充满整个测试室,热蒸汽使测试室内的相对湿度维持在100%,并保持一个相对高温。试样被固定在测试室的侧壁,从而试样的测试面曝露在测试室内的环境空气中。试样向外的一面暴露在自然环境中具有冷却效果,导致试样内外表面具备温差,这一温差的出现导致试样在整个冷凝循环过程中,其测试面始终有冷凝生成的液态水。 

由于户外曝晒接触潮湿的时间每天可以长达十几小时,因此典型的冷凝循环一般持续几个小时。应用最多的是冷凝方法,它是模拟户外潮湿侵蚀的最好方法。因为有些应用条件也要求使用水喷淋以达到实际的效果,所以UV老化既可运行冷凝循环又可运行水喷淋循环。

6 水喷淋系统

对于某些应用而言,水喷淋能更好地模拟最终使用的环境条件。水喷淋在模拟由于温度剧变和由于雨水冲刷所造成的热冲击或机械侵蚀是非常有效的。在某些实际应用条件下,例如阳光下,聚集的热量由于突降的阵雨而迅速消散时,材料的温度就会发生急剧变化,产生热冲击,这种热冲击对于许多材料而言是一种考验。UV老化的水喷淋可以模拟热冲击和/或应力腐蚀。

TIP:喷淋系统可运行几分钟然后关闭。这短时间的喷水可快速冷却样品,营造热冲击的条件

7 温度控制

在每个循环中,温度都可控制在一个设定值。同时黑板温度计可以监控温度。温度的提高可以加速老化的进程,同时,温度的控制对于测试的可再现性也是很重要的。

8 UV老化的特点

国外氙弧辐射和紫外光老化试验都是应用广泛的试验方法。这两种方法是基于完全不同的原理。氙灯照射试验箱仿制全部的太阳光谱,包括紫外光、可见光和红外光,其目的是模拟太阳光。而紫外光老化试验并不企图仿制太阳光线,而只是模仿太阳光的破坏效果。它是基于这样的原理,长期在室外暴露的耐久性材料,受短波紫外光照射引起的老化损害最大。

最后,UV老化并不只是材料稳定性的杀手,更有资料显示,导致皮肤老化的所有外源性因素中,紫外线对皮肤的外源性损伤是最大的,皮肤衰老80%来源于光老化哦。

注:以上信息来源于互联网。