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紫外光老化试验箱评价非金属材料耐候性解析

塑料、橡胶、涂料等非金属材料在使用过程中常常会受到温度、湿度和光照等气候环境因素的影响,从而使得其外观褪色和性能下降,影响产品的使用寿命,研究塑料和橡胶等材料的耐久性,是生产制造过程中不可或缺的重要环节,因此需要开展实验室人工老化试验对其进行优选。目前,常用的人工老化试验方法通常是采用氙灯老化试验箱、紫外光老化试验箱和碳弧灯老化试验箱等老化试验设备对材料进行耐老化试验,标准集团(香港)有限公司可提供各种老化试验设备,欢迎有需求的客户电询,标准集团工程师表示,紫外光老化试验模拟了太阳光中能量强的紫外光部分,能够快速地评价非金属材料的耐候性。


紫外光波长介于200-400nm之间,光子能量与其波长成反比,波长不同,光能量也不样,各一波长的光对应的能量值如表1所示。


光的吸收是以光量子为单位进行的,分子一瞬间只能获得一个光量子,所以光的能量的大小决定了分子吸收能量的多少,当吸收的能量大于高分子材料化学键的键能时,高分子材料发生降解。高分子材料中典型的化学键的键能如表2所示。


由表1和2可知,太阳光中紫外线部分可导致高分子材料中的C-C、C-N和C-O键等主要化学键发生断裂,造成高分子材料的老化破坏。
紫外光老化试验通过模拟太阳光的紫外光照射来考核高分子材料的耐老化性能,其试验效果的好坏与灯源的选择密切相关。目前常用的紫外光源包括UVA-340、UVA-351和UVB-313,其中,UVA-340灯源主要模拟太阳光中的短波紫外线部分(300-340nm);UVA-351灯源主要模拟太阳光中透过玻璃后的短波紫外线,其辐射能量峰值在351nm处;UVB-313灯源的光谱主要集中在280-360nm,其低于300nm的辐射占总辐射量的百分比大于10%,与太阳光中的紫外部分差别较大,容易引起在实际使用环境中不存在的老化,试验结果与实际使用相关性较差,主要用于快速筛选材料和评价材料的耐紫外线性能。
紫外光老化试验可选择多种试验程序,包括连续暴露、紫外、冷凝和、喷淋等。在试验透过玻璃的紫外线对材料的影响时,常采用连续暴露的方式进行试验,例如汽车内饰材料、油墨或靠近窗边的聚合物材料等;紫外冷凝试验程序综合地模拟了明暗交替、干湿交替和夜间冷凝户外环境条件,主要考察在相对湿度大、昼夜温差较大的地区使用的非金属材料的耐候性;紫外喷淋试验程序综合地模拟了明暗交替、干湿交替和淋雨类户外环境因素,主要考察在多雨地区使用的非金属材料的耐候性,可参考文章户外曝晒和紫外老化箱两种试验的相关性。
常用紫外光老化试验条件:
ASTM相关标准列举了一些紫外光老化试验典型的试验条件,并对其适用范围做出了规定,详细内容如表3所示。


在实际应用的过程中,可参照以上试验条件进行,也可根据使用环境、产品特点和试验目的做出相应的调整。

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