分析人工加速老化和自然老化測試結果間的相關性

人工加速老化和自然老化測試結果間的相關性

長期以來，人工加速老化和自然老化測試結果間的相關性問題一直是業內關注的熱點。一般來說，工業上要求快速地得出老化測試結果，同時要求實驗室人工加速老化和自然老化測試結果間有較好的相關性，然而實際上這兩個要求是相互矛盾的。人工加速老化方法使用比實際環境更高的測試溫度、更短波長光源、更大的輻照強度，在加速材料老化進程的同時，降低了與自然條件材料老化結果的相關性。

    QUV 加速老化設備配備的 UVA-340 燈管提供了一個新的解決方案 [1] 。 UVA-340 紫外燈光源能很好地模擬太陽光譜中短波紫外光 ( ＜ 365 nm 部分 ) ， 見圖 1 所示。由于 UVA-340 紫外燈光源所模擬的太陽短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，理論上這種方法的測試結果和戶外自然老化的相關性較好。為了驗證這一點，我們針對戶外自然曝曬和使用 UVA-340 紫外光源人工加速老化的相關性進行了一系列的實驗。

    1 實驗

    本實驗選用了環氧涂料、聚氨酯涂料以及聚酯涂料，分別進行戶外自然曝曬和紫外人工加速老化實驗，記錄實驗中樣品光澤和顏色的變化。

    1.1 戶外自然曝曬實驗

    由于各地戶外自然曝曬的情況很不相同，為了準確地評價實驗，這里選擇了三種不同的典型氣候類型：亞熱帶氣候 ( 佛羅里達的邁阿密 ) 、沙漠氣候 ( 亞利桑那的鳳凰城 ) 和美國北方工業型氣候 ( 俄亥俄州的克里夫蘭 ) 。

    戶外自然曝曬嚴格按照 ASTM G7 《非金屬材料的戶外自然曝曬試驗標準》執行。被測試樣的背板為厚 1.6 mm 的夾板，試樣架 45 °，朝南。

    1.2 人工加速老化實驗

    人工加速老化測試按照 ASTM G154 《非金屬材料的紫外老化測試方法》執行。實驗設備為紫外加速老化試驗機  。該試驗箱具有閉環反饋回路系統控制 [2] ，可設定并控制 UV 光輻照強度。試驗使用 UVA-340 紫外燈管，光強峰值為 343 nm ，截止點為 295 nm 。為了排除不同溫度對實驗結果的影響，測試溫度統一設定在 50 ℃。

    實驗分別在三種不同的循環條件下測試：

    條件 1 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點控制在 0.83 W/(m 2 · nm) @340nm ；整個測試循環溫度控制在 50 ℃。本測試循環中紫外的輻照強度相當于夏天正午的太陽光照。

    條件 2 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點控制在 1.35 W/(m 2 · nm) @ 340 nm ；整個測試循環溫度控制在 50 ℃。條件 2 與條件 1 基本類似，但輻照度更強。

    條件 3 ： 4 h 紫外光照射 (100 ％紫外輻照，無冷凝，無暗周期 ) ； UVA-340 燈管的輻照點控制在 1.35 W/(m 2 · nm) @ 340 nm ；整個測試循環溫度控制在 50 ℃。

    2 結果與討論

    2.1 環氧涂料

    樣板為涂覆在鋼板上的高光灰色環氧涂料。

戶外自然曝曬在一開始就表現出快速地失光和粉化，曝曬 1 a 后，樣板基本無光澤 ( 見圖 2) 。此外，三個曝曬地點的樣品都出現銹蝕現象，在佛羅里達的樣板表面*為銹斑所覆蓋，而在亞利桑那和克里夫蘭的樣板有部分銹蝕。