紫外老化試驗箱塑膠老化測試詳解

，這是一個關(guān)于紫外老化試驗箱對塑膠類產(chǎn)品進(jìn)行老化測試的詳細(xì)說明。這對于評估塑膠產(chǎn)品的耐用性和壽命至關(guān)重要。

一、 測試目的與原理

核心目的： 在實驗室中模擬并加速戶外陽光中的紫外光、雨水、露水等對塑膠材料的破壞作用，通過在短時間內(nèi)暴露，來預(yù)測塑膠產(chǎn)品在長期真實戶外環(huán)境下的耐候性（壽命和性能變化）。

基本原理：
塑膠的老化主要來自三個因素：光、熱和水分。

• 光（紫外輻射）： 太陽光中的紫外波段（UV）能量最高，能打斷塑膠聚合物的化學(xué)鍵，導(dǎo)致分子鏈斷裂或交聯(lián)，這是材料性能下降的主因。

• 熱（溫度）： 高溫會加速光致降解的化學(xué)反應(yīng)速度。溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)速率大約提高一倍。

• 水分（潮濕/冷凝）： 雨水、露水會造成塑膠的濕氣吸收、凍融循環(huán)，并加劇光氧老化過程，導(dǎo)致涂層起泡、開裂、水解等。

紫外老化試驗箱通過熒光紫外燈管 模擬太陽紫外光，通過加熱系統(tǒng) 控制溫度，通過冷凝或噴淋系統(tǒng) 模擬水分侵蝕，將這三個因素循環(huán)作用于樣品，從而實現(xiàn)快速、可重復(fù)的老化測試。

二、 紫外老化試驗箱的主要構(gòu)成

1. 光源系統(tǒng)： 核心是紫外熒光燈管。常用的有UVA-340 和UVB-313 兩種。

• UVA-340： 能最佳地模擬太陽光從365nm到295nm截止點的紫外光譜。主要用于模擬戶外直射陽光，測試結(jié)果與實際戶外暴曬相關(guān)性較好。

• UVB-313： 發(fā)出低于太陽光截止點的短波紫外光，強(qiáng)度更高，破壞性更強(qiáng)。能大程度地加速試驗，但可能導(dǎo)致與實際老化不符的失效模式。多用于質(zhì)量控制和研究開發(fā)。

2. 溫度控制系統(tǒng)：

• 黑板/黑標(biāo)溫度計： 用于監(jiān)控并控制測試樣品表面的溫度。

• 箱內(nèi)空氣溫度傳感器： 控制箱內(nèi)環(huán)境溫度。

3. 潮濕/冷凝系統(tǒng)：

• 冷凝功能： 在燈管關(guān)閉時，通過加熱箱底部的水盤產(chǎn)生水蒸氣，在溫度較低的樣品表面形成冷凝露水。這主要模擬了戶外夜間和清晨的結(jié)露現(xiàn)象。

• 噴淋功能： 通過噴嘴向樣品表面噴灑去離子水，模擬雨水的冷卻和侵蝕效應(yīng)。

4. 測試箱體： 由耐腐蝕材料制成，內(nèi)部有樣品架，用于固定測試樣品。

三、 測試流程與常用標(biāo)準(zhǔn)

一個典型的測試流程包括以下幾個步驟：

1. 樣品制備： 準(zhǔn)備待測的塑膠樣品，并確保其清潔、無劃痕。

2. 選擇測試條件：

• 光照階段： 在UVA-340燈管下，設(shè)定60°C的黑板溫度，照射8小時。

• 冷凝階段： 關(guān)閉燈管，設(shè)定50°C的溫度，形成100%冷凝，持續(xù)4小時。

• 重復(fù)循環(huán)： 不斷重復(fù)上述光照和冷凝循環(huán)。

• 注：可根據(jù)需要加入噴淋循環(huán)。

• 選擇燈管類型（UVA-340或UVB-313）。

• 設(shè)定測試循環(huán)： 這是測試的核心，決定了模擬環(huán)境的嚴(yán)酷程度。一個常見的循環(huán)示例如下：

3. 放置樣品： 將樣品固定在樣品架上。

4. 開始測試： 設(shè)置總測試時間（通常以小時計，如幾百到幾千小時）。

5. 性能評估： 在測試的不同時間間隔取出樣品，進(jìn)行評估。評估方法包括：

• 外觀變化： 顏色變化（色差ΔE）、光澤度下降、表面粉化、開裂、起泡、斑點等。

• 力學(xué)性能變化： 拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率的保留率。

• 分子結(jié)構(gòu)變化： 使用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析羰基等官能團(tuán)的生成。

常用國際標(biāo)準(zhǔn)：

• ISO 4892-3: 《塑料 實驗室光源暴露方法 第3部分：熒光紫外燈》

• ASTM G154: 《非金屬材料熒光紫外燈暴露操作標(biāo)準(zhǔn)》

• ASTM D4329: 《塑料熒光紫外燈暴露標(biāo)準(zhǔn)》

• SAE J2020: 《汽車外飾件熒光紫外/冷凝加速暴露測試》

四、 塑膠材料常見的老化現(xiàn)象

• 變色/褪色： 顏料或聚合物本身因紫外光而降解。

• 光澤度下降： 表面因降解而變得粗糙。

• 粉化： 表面聚合物嚴(yán)重降解，形成粉末狀物質(zhì)。

• 開裂/龜裂： 表面因分子鏈斷裂和內(nèi)應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋。

• 脆化： 斷裂伸長率大幅下降，材料變脆，易折斷。

• 強(qiáng)度下降： 拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能顯著降低。

• 起泡： 多見于涂層或含有揮發(fā)性物質(zhì)的材料，因熱和水分共同作用導(dǎo)致。

五、 重要注意事項

1. 相關(guān)性而非等同： 紫外老化測試是加速和模擬測試，其結(jié)果與戶外實際暴曬有很好的相關(guān)性，但測試1小時并不等于戶外暴曬多少小時。它主要用于對比不同材料或配方的耐候性優(yōu)劣。

2. 燈管選擇至關(guān)重要： UVA-340更貼近真實環(huán)境，UVB-313加速更快但可能過于嚴(yán)苛。選擇錯誤可能導(dǎo)致測試結(jié)果沒有參考價值。

3. 樣品制備一致性： 樣品的厚度、顏色、來源等必須一致，否則無法進(jìn)行公平比較。

4. 定期維護(hù)： 燈管有使用壽命（通常幾百到一千小時），需定期更換以確保光譜穩(wěn)定。噴淋系統(tǒng)和加濕系統(tǒng)也需要定期清潔，防止水垢堵塞。