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、細菌等作用,引起化學結構的破壞,使原有的優良性能 失,這種現象通稱為老化。塑料老化的主要表現為外觀上的變色、龜裂等,物理化學性能如力學性能、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境條件下的進行老化試驗。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境,依據其所做結果對材料所做的耐候性評價較為可靠,人工氣候試驗的結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方法。
但自然老化試驗速度慢,周期長,且受環境因素影響大,因此其應用范圍有限,現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化大氣環境中主要因素的一種人工加速老化實驗方法,可以在較短時間內獲得近似常規大氣曝露的結果。
這一方法模擬大氣環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與導致材料老化破壞較敏感的波長相近,并結合試驗目的和材料的使用環境來考慮。
研究表明,日光的近紫外線區(300~400nm)波長范圍的輻射是引起塑料老化降解的主要因素。通常此外輻射強度增大,材料老化速率加快。因此,人工光源在紫外區的能譜分布愈近似太陽在此區的譜線,則光源的模擬性愈好。
現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。經適當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。日本標準用的較多。
3、熒光紫外燈
熒光紫外燈發射相當部分 300nm 以下波長的光能,使材料老化降解反應的機理發生變化,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,以材料使用環境較高氣溫為依據,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境中材料表面較高溫度為依據,比其稍高,多選 63±3℃,當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,試驗結果可能主要不是光氧老化,而是熱效應的結果,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,以材料在使用環境所在地年平均相對濕度為依據,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。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的暴露往 往要規定凝露時間。
人工老化降雨采用蒸餾水或去離子水。因水質中的礦物質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。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果。因此,輻照度的選擇應適宜。
F、試樣
試樣尺寸規格通常根據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。測試前對試樣進行適當的狀態調節是很重要的。有些塑料的性能濕度很敏感,狀態調節的時間可能需要 比 GB2918 規定的長,特別是對于暴露在惡劣氣候條件下的試樣。
對比試樣應貯存在正常實驗條件下黑暗處,較好在 GB2918 規定的標準環境中。
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,當暴露面干了之后就必須盡快進行顏色測定或目測對比。
注意:應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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