1 老化試驗(yàn)的目地

眾所周知，每年由于老化所造成的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以百萬計(jì)。老化常常造成紡織品、涂料、塑料以及其他一些有機(jī)物的物理性能發(fā)生變化，主要表現(xiàn)在變色、失光、強(qiáng)度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。我們知道日光，特別是短波長的紫外光、高溫、雨水、露水和以高濕度形式出現(xiàn)的濕氣是造成上述損壞的主要因素。

進(jìn)行老化測(cè)試的目的有下幾點(diǎn)：

(1) 為了符合相關(guān)質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);

(2) 避免由老化所造成的損失;

(3) 提高產(chǎn)品的聲譽(yù);

(4) 檢驗(yàn)供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量;

(5) 提高產(chǎn)品的耐候性;

(6) 大幅度降低材料費(fèi)用;

(7) 擴(kuò)大產(chǎn)品的品種;

(8) 幫助進(jìn)入新市場(chǎng);

(9) 在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝;

(10) 走在標(biāo)準(zhǔn)的前面。

2 戶外天然老化測(cè)試

戶外老化測(cè)試的結(jié)果是最接近于自然老化的一種測(cè)試方式。根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，我們可以選擇不同地點(diǎn)進(jìn)行室外曝曬測(cè)試，如美國 Q-PANEL 公司在兩個(gè)標(biāo)志性地點(diǎn)：佛羅里達(dá)和亞利桑那曬場(chǎng)。表 1 為佛羅里達(dá)和亞利桑那的自然條件比較。佛羅里達(dá)為高輻照強(qiáng)度、高溫、高濕度的典型的亞熱帶氣候?？量痰臍夂?qū)τ趹敉馄貢裨囼?yàn)是理想的地點(diǎn)，尤其對(duì)濕度敏感的材料，如涂料、建筑材料和塑料的測(cè)試是格外有用的。而且，佛羅里達(dá)對(duì)于抗霉試驗(yàn)也是非常好的。

亞利桑那則為產(chǎn)品提供更為嚴(yán)酷的曝曬環(huán)境。相比于佛羅里達(dá)，高紫外線、極其高的溫度、大幅度的日溫差波動(dòng)和低濕度水平是最為典型的沙漠氣候。在亞利桑那，年輻照度比佛羅里達(dá)多 20%;最高氣溫通常高出 15 ℃。對(duì)于大多數(shù)材料來說，在這種苛刻的環(huán)境下降解速度比在佛羅里達(dá)要快得多。對(duì)于涂料的顏色、塑料的熱老化和物理性能、塑料涂層的耐光以及紡織品的抗張強(qiáng)度等有顯著的影響。

由于上述兩個(gè)自然曝曬場(chǎng)比溫和氣候條件的地區(qū)能出現(xiàn)更快速的降解過程，所以人們通常會(huì)采用“佛羅里達(dá)耐候性”和“亞利桑那耐候性”作為耐用性試驗(yàn)的基準(zhǔn)。

同時(shí)，Q-panel 公司還提供室外自然加速老化設(shè)備 Q-Trac。它是通過利用多面鏡子將太陽光反射到樣品架上(需要指出的是，鏡子只能反射 80%的太陽紫外線)加速產(chǎn)品的老化。Q-Trac 所能集中的紫外線相當(dāng)于太陽的 5 倍;而 1 年的 Q-Trac 加速老化可等同于 5 年的佛羅里達(dá)自然曝曬。適用于室外自然加速曝曬的國際標(biāo)準(zhǔn)有 ASTM G90《用集中自然光線法加速對(duì)非金屬材料的室外風(fēng)蝕的規(guī)程》等。

3 實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)

由于自然的老化測(cè)試需要幾年的時(shí)間才能決定老化結(jié)果，對(duì)您的時(shí)間、日程安排、經(jīng)費(fèi)都是很大的考驗(yàn)，同時(shí)，由于各地的氣候條件千變?nèi)f化，同樣的被測(cè)材料有可能得到相差很大的老化結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可再現(xiàn)性不是很好。因而，人們傾向于使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備人工加速老化，這樣不僅可以縮短試驗(yàn)周期、重復(fù)性好、可用于質(zhì)量控制和材料穩(wěn)定性測(cè)試，同時(shí)，該種方法的應(yīng)用范圍較廣，因僅在室內(nèi)使用，可以不受自然條件限制，僅考慮人為因素的影響即可，且整個(gè)試驗(yàn)過程都可由測(cè)試箱來完成。

人工加速老化大致有碳弧燈模擬加速、紫外光加速人工老化、氙弧燈加速老化三大類。碳弧燈模擬加速老化試驗(yàn)箱是最早出現(xiàn)的，因?yàn)榫S修費(fèi)用高、不能校正、模擬光譜范圍狹窄等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已很少使用的人已經(jīng)不多。

20 世紀(jì) 70 年代，出現(xiàn)了紫外加速老化試驗(yàn)箱，我們知道太陽光中的紫外線，尤其是光譜中低于 360 nm以下的峰值是造成材料老化的要因。Q-panel 公司的QUV 紫外加速試驗(yàn)機(jī)即通過紫外燈管發(fā)射出紫外光譜模擬日光中的紫外光部分使材料的加速老化。其熒光 UVB燈(UVB-313)的峰值波長在 313 nm左右，其能量幾乎全部集中在280~ 360 nm之間。能量分布的波長范圍比日光的要短，他可以很大程度地加速試驗(yàn)。UVA-340 燈，其射線波長主要集中在 295 ~360 nm之間， UVA-340 燈短波輻射與 325 nm以下的日光直射很相似。根據(jù)對(duì)材料不同的老化要求，客戶可選擇不同的紫外燈管。此外，QUV紫外加速試驗(yàn)機(jī)還擁有太陽眼功能，太陽眼是一種高精密的光度控制系統(tǒng)，其可以允許用戶選擇所期望的光照度水平，在太陽眼反饋回路系統(tǒng)的幫助下，可以對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、全自動(dòng)精確維護(hù)。當(dāng)選擇強(qiáng)度為 0.68 W/m 2 /nm,波長為 340 的 UVA-340 燈，就可與夏季正午陽光強(qiáng)度相匹配。同時(shí)，QUV還可以模擬雨水和露水的影響，可采用冷凝和水噴淋兩種方式達(dá)到目的。冷凝與自然的潮濕一致，通過升溫加速試驗(yàn)過程，產(chǎn)生的冷凝產(chǎn)物為純凈水-在樣品上無水漬或雜質(zhì)產(chǎn)生。噴淋是模擬由于穩(wěn)定溫度劇變和雨水沖刷所造成的機(jī)械侵蝕。

適用于紫外加速老化測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)國際上主要有 ISO 4892—1:1999 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第一部分：通則》;ISO 4892 —3:1994 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第三部分：熒光紫外燈》;ASTM G—151《非金屬材料實(shí)驗(yàn)室光源曝露加速試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》;ASTM G—154 《非金屬材料的紫外線熒光光源暴露試驗(yàn)方法》等。

從 20 世紀(jì) 50 年代開始，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)氙弧燈模擬加速老化試驗(yàn)機(jī)。氙弧燈以全陽光光譜作為光源，其采用合適的過濾處理后的氙弧燈是測(cè)試產(chǎn)品對(duì)直接陽光照射或透過玻璃的陽光中的長波紫外線和可見光的敏感度的較佳方式。它不但可以模擬室內(nèi)材料的耐光性能(Q-SUN 通過窗玻璃過濾器過濾后)，同時(shí)還可以模擬氣候環(huán)境(Q-SUN 具有水噴淋功能)。目前，應(yīng)用最為廣泛的氙燈老化機(jī)有旋轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)機(jī)和試樣靜態(tài)安置的試驗(yàn)機(jī)兩大類。旋轉(zhuǎn)鼓式被設(shè)計(jì)成容器內(nèi)中心安放一支燈管，周圍是旋轉(zhuǎn)樣品架，圍繞光源旋轉(zhuǎn)。此類樣品放置體系經(jīng)常被描述成“旋轉(zhuǎn)鼓”。而試樣靜態(tài)安置的老化機(jī)的被測(cè)樣品靜置，通過各種控制手段來嚴(yán)格控制老化，包括模擬完全陽光光譜的氙燈、多種選擇的過濾系統(tǒng)、太陽眼 TM 幅照度控制、符合 ISO 9000 的標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)、黑板溫度控制系統(tǒng)、滿足ISO和ASTM 要求的試驗(yàn)方法、三維試樣固定架和水噴淋功能。

由于目前可選擇的氙燈試驗(yàn)機(jī)的品種很多，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織(包括 ISO 和 ASTM)，都傾向于發(fā)展以性能為基礎(chǔ)的測(cè)試手段和方式。這些方式定出了測(cè)試條件(如輻照、光譜、溫度、濕度等)以及可接受的性能范圍。而不要求使用任何特殊的裝置和硬件配置。這些標(biāo)準(zhǔn)正取代基于硬件要求(如水冷燈管和風(fēng)冷燈管)的舊式標(biāo)準(zhǔn)。舊式標(biāo)準(zhǔn)的制定是因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺乏有效的技術(shù)去精確測(cè)量和控制嚴(yán)格的測(cè)試條件。由于不能控制，所有我們的標(biāo)準(zhǔn)只能簡(jiǎn)單的描述裝置。希望曝曬試驗(yàn)的樣品因?yàn)槭褂孟嗤挠布?，能達(dá)到相同的作用和結(jié)果，但常常事與愿違。

為了進(jìn)一步比較室內(nèi)的老化試驗(yàn)與室外曝曬有什么不同，幾年前，Q-panel 公司和世界某聞名品牌的卷材涂料生產(chǎn)商合作對(duì)各類不同的卷材涂料進(jìn)行了為期 10 年的室外自然老化曝曬、室外人工加速老化曝曬和實(shí)驗(yàn)室人工加速老化曝曬的比照試驗(yàn)研究。該測(cè)試采用五大類不同的樹脂，包括聚酯、塑料溶膠、70% 的 PVDF、丙烯酸乳液、硅改性聚酯。試驗(yàn)共采用了 23 中不同顏色、不同基料的樣品。室外自然老化曝曬主要在 Q-panel 公司的佛羅里達(dá)、亞利桑那兩個(gè)曝曬場(chǎng)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室人工加速老化采用 Q-panel 公司的 UV 熒光紫外燈、氙燈測(cè)試箱。對(duì)樣品性能進(jìn)行了測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明能模擬室外老化的效果。

ISO 4892—1:1999 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第一部分：通則》;則是基于這一基礎(chǔ)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是最早的以性能為基礎(chǔ)的國際標(biāo)準(zhǔn)，由 ISO TC 61委員會(huì)在 1994 年制訂的。在其附則中，詳細(xì)地介紹并推薦了水冷型氙燈和風(fēng)冷型氙燈兩大類老化試驗(yàn)機(jī)。而基于 ISO 4892 上，ASTM G03 委員會(huì)制訂了 G151—G155 老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。也就是說，基于以性能為基礎(chǔ)的老化標(biāo)準(zhǔn)越來越得到人們的認(rèn)同和應(yīng)用。2003 年，ISO TC 61 委員會(huì)又對(duì) 1994 版的 ISO 4892-3:1994 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第三部分： 熒光紫外燈》和 ISO 4892—2:1994《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第二部分：氙弧燈》進(jìn)行了重新的補(bǔ)充和修訂，這就是最新 2003 版的 ISO 4892。另外， 2004 年 10 月 16~22 日，在中國的成都將舉行 TC 61 委員會(huì) 2004 年年會(huì)。

總之，目前的老化試驗(yàn)辦法和老化試驗(yàn)設(shè)備有多種選擇。只有根據(jù)你的材料和試驗(yàn)?zāi)康倪x擇合適的設(shè)備，才能保證你的試驗(yàn)達(dá)到滿意的效果。