塑料在使用、加工及貯存過程中,由于受到外界的各種因素,如光、氧、熱、輻射、臭氣、雨水等及霉菌、細(xì)菌等作用,引起化學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞,使原有的優(yōu)良性能 失,這種現(xiàn)象通稱為老化。塑料老化的主要表現(xiàn)為外觀上的變色、龜裂等,物理化學(xué)性能如力學(xué)性能、電性能改變等。

其老化試驗大致可分為兩大類:一類是自然暴 露老化,一類是人工老化試驗。

一、自然暴露老化

自然暴露老化試驗是自然環(huán)境條件下的進(jìn)行老化試驗。塑料常用的方法有:

1. 大氣暴露試驗

GB/T3681-2000(neq ISO877:1994)塑料大氣暴露試驗方法

GB/T17603-1998(等效采用 ASTM D5272-1992)光解性塑料戶外暴露試驗方法

2. 在玻璃板過濾后的日光下間接曝露試驗

GB/T14519-1993(參照 ISO877:1976)塑料在玻璃板過濾后的日光下間接曝露試驗方法

自然暴露老化試驗比較接近材料的實際使用環(huán)境,依據(jù)其所做結(jié)果對材料所做的耐候性評價較為可靠,人工氣候試驗的結(jié)果也要通過自然老化試驗來驗證,因而自然老化是一個基礎(chǔ)方法。

但自然老化試驗速度慢,周期長,且受環(huán)境因素影響大,因此其應(yīng)用范圍有限,現(xiàn)在我們更多地是采用實驗室人工模擬加速老化的方法。

二、紫外人工老化試驗

塑料的實驗室光源曝露試驗是采用模擬和強(qiáng)化大氣環(huán)境中主要因素的一種人工加速老化實驗方法,可以在較短時間內(nèi)獲得近似常規(guī)大氣曝露的結(jié)果。

這一方法模擬大氣環(huán)境中的五個主要因素:陽光、空氣、溫度、降雨。具體因素可以分為：

A、光源

光源選擇的原則是:人工光源的光譜特性應(yīng)與導(dǎo)致材料老化破壞較敏感的波長相近,并結(jié)合試驗?zāi)康暮筒牧系氖褂铆h(huán)境來考慮。

研究表明,日光的近紫外線區(qū)(300~400nm)波長范圍的輻射是引起塑料老化降解的主要因素。通常此外輻射強(qiáng)度增大,材料老化速率加快。因此,人工光源在紫外區(qū)的能譜分布愈近似太陽在此區(qū)的譜線,則光源的模擬性愈好。

現(xiàn)在國際上推薦三種光源:氙弧燈、碳弧燈、熒光紫外燈。

1、氙弧燈:

氙弧燈的光譜范圍為波長大于 270nm 的紫外光、可見光和紅外輻射。經(jīng)適當(dāng)濾光后其光譜能量分布與日光中紫外可見光部分較相似。因此,氙弧燈分光輻照度分布在現(xiàn)用的人工光源中模擬性較好,但氙燈紫外分布增加較少,因此老化加倍速率較低。

2、碳弧燈:

碳弧燈的光譜能量分布比較接近太陽光,但在 370~390nm 波長間紫外線比較集中。碳弧燈模擬性雖不及氙燈,但加倍速率比氙燈高。日本標(biāo)準(zhǔn)用的較多。

3、熒光紫外燈

熒光紫外燈發(fā)射相當(dāng)部分 300nm 以下波長的光能,使材料老化降解反應(yīng)的機(jī)理發(fā)生變化,因此模擬性較差,但加倍速率很高。

B、試驗溫度

空氣溫度的選擇,以材料使用環(huán)境較高氣溫為依據(jù),比其稍高一些,常選 50℃左右。氙燈黑板溫度的選擇以材料在使用環(huán)境中材料表面較高溫度為依據(jù),比其稍高,多選 63±3℃,當(dāng)然也可選擇其它溫度。

但試樣輻照溫度不可過高,特別是對溫度敏感的材料。因為溫度過高,試驗結(jié)果可能主要不是光氧老化,而是熱效應(yīng)的結(jié)果,例如:PVC。因此氙燈老化時要注意防止試樣過熱,開放式碳弧燈,則要加強(qiáng)空氣流動,以免溫升過高。

C、相對濕度

相對濕度對pvc塑料材料老化的影響因材料品種不同而異,以材料在使用環(huán)境所在地年平均相對濕度為依據(jù),通常在 50~70%范圍選擇。

D、降雨周期的選擇以自然氣候的降雨為依據(jù)。國際上降雨時間/不降雨時間多選18min/102min 或 12min/48min、3min/17min、5min/25min。但以凝露形式存在的水分對加速暴露試驗可能影響更大,因此以明暗周期循環(huán)的暴露往 往要規(guī)定凝露時間。

人工老化降雨采用蒸餾水或去離子水。因水質(zhì)中的礦物質(zhì)可能在樣品表面造成污跡。

E、輻照度

不同種類的塑料對光譜的吸收是有選擇性的,即有其特別敏感的光譜區(qū)。過高的輻照度可能并不一定能使老化降解加速,反可能造成異常的結(jié)果。因此,輻照度的選擇應(yīng)適宜。

F、試樣

試樣尺寸規(guī)格通常根據(jù)暴露后的性能測試方法確定。如果受試材料是擠塑件、模塑件、片材等,試樣可從暴露后的制品上裁取。這取決于試驗的具體要求和材料 的特性。如缺口沖擊強(qiáng)度試樣,其缺口必須在暴露前切制,并且缺口面向光源暴露。對于邊緣易層離的材料,如復(fù)合材料,就以片材形式暴露,并在暴露后截取試 樣。從暴露試樣截取試樣時,應(yīng)盡可能使試樣與材料的固定架或與支承架的距離至少為 20mm。在裁樣過程中,決不能從暴露面上除去任何部分。測試前對試樣進(jìn)行適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)調(diào)節(jié)是很重要的。有些塑料的性能濕度很敏感,狀態(tài)調(diào)節(jié)的時間可能需要 比 GB2918 規(guī)定的長,特別是對于暴露在惡劣氣候條件下的試樣。

對比試樣應(yīng)貯存在正常實驗條件下黑暗處,較好在 GB2918 規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中。

在些材料在黑暗貯存會改變顏色,特別是老化后的試樣,因此,試樣在暴露后,當(dāng)暴露面干了之后就必須盡快進(jìn)行顏色測定或目測對比。

注意:應(yīng)定期變換暴露試樣的位置,以減少任何暴露的局部不均勻性。

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