塑料的耐侯性测试

塑料的耐侯性测试1Q-Lab所研制的Q-Rack便携式室外曝露架系统。使用者能够经过该套工具获取包含屋顶在内的全部地方的老化数据对用于建筑、汽车等领域需要常年曝露于户外环境中而遭到阳光、雨水等侵害的塑料制品，进行耐侯性测试是十分必需的。因为经过测试能够展望产品的寿命，找出所用资料的不足，而后再加以改良，进而最后使产品的耐老化性得以完美。本文分别介绍了三种重点的老化测试方法，并说了然它们的优弊端和合用性。塑料在建筑产品中愈来愈宽泛的应用，以及人们希望汽车零件能够更少地被喷漆，增添了对于靠谱展望塑料光稳固性及耐侯性技术的需求。固然实验室的加快老化设备以及室外加速测试方法都是能够相对迅速地为研发部门、质量控制部门以及资料认证部门供给测试结果的工具，可是专家们坚持认为自然条件下的室外测试才是最为正确的方法，即便这需要花销好多的时间。将塑料曝露于热的、冷的、湿润的以及紫外线照耀的环境中时，会发生颜色变化、表面龟裂、粉化以及脆化等现象。假如不可以采纳适合的测试方法来认识这些要素对塑料的影响，那么将会致使产品失败、担当担保花费及引起诉讼案件，并且会对品牌名誉造成影响。依据来自Intertek塑料技术实验室、Bodycote测试小组以及Atlas资料测试技术企业、Q-Lab（特意从事制造加快老化/紫外测试设备以及供给测试服务）等企业特意从事老化测试服务的专家的说法，要想防止上述状况的发生，需要采纳两种防备举措：一是，生产商需要认识在老化过程中存在的影响要素有哪些，以及这些影响要素是怎么互相作用的；二是，生产商应当将树脂和增添剂考虑在内，认真地设计实验方案来评估老化条件、连续时间以及资料构成等对资料性能的影响。真切与模拟老化测试的三个重点方法包含：将资料长时间自然曝露于室外、实验室加快老化以及室外加快老化。在好多状况下，标准测试方法都是依据必定的规则或许工业标准（比如：ASTM、SAE、ISO）来确立的。同时，生产商往常也需要在决定能否投入生产以前考虑试样测试时间以及测试成本。2图为Atlass企业的新式SolarClimactiticc室内老化测试单元。该系列设备能够进行较大规格产品的实验室加速测试。此中最大的型号能够容纳整个汽车保险杠或许仪表板专家认为“理想”的测试方法是将资料曝露于目标环境中，可是从时间和物质条件上考虑，这样做是不确实质的。另一个最好的方法就是依据产品的终端使用条件选择相应的曝露场所和方式，在“基准”天气条件下（比如亚利桑纳州或许佛罗里达州）进行测试。可是这也需要起码一年、往常2～5年的时间去达成。Atlas

资料测试技术企业老化科学方面的高级顾问

AllenZielnik

认为：第三种最好的方法就是使用真切的日照和天气条件，此外加上镜子和其余设备来增强对样品的曝露办理，而达成室外加快测试实验；第四种方法例是在室外及时曝露以后，再进行实验室加快测试。好多学者都倡导这个方法，并且已经在汽车、建筑等特定市场中宽泛使用。

从AllenZielnik认为还有一种选择就是对样品不过进行实验室加快测试，可是这样有可能造成全部的环境要素和资料都使用单调的测试标准，进而使结果出现偏差。绝大部分的老化伤害都是由光、热以及湿润环境所惹起的。而这些要素往常会共同作用以造成大于任一要素独自作用所惹起的伤害。因为塑料在热带/亚热带天气条件以及荒漠环境中的性能最差，因此在全世界范围内人们一般以上述两种天气条件作为老化测试的基准。类似于Q-Lab、Atlas以及Bodycote这样从事老化测试服务的企业，往常会选择凑近迈阿密、佛罗里达的地方作为室外曝露测试的场所，这是由当地激烈的日光、常年高温、高年均雨量以及高湿度所决定的。这些企业有时也会选择拥有高温、干燥、强紫外线照耀、温度颠簸范围大的菲尼克斯州、亚利桑那州邻近的地方作为测试场所。将塑料放在上述增强的“自然”环境中所进行的测试相当于在更平和的环境中所进行的“加快”测试实验。比如，汽车企业就可能会考虑在佛罗里达州进行一年迈化测试实验，因为假如在美国北部的话，该测试就需要两年的时间。加快老化实验往常是将塑料曝露于强光、强热以及模拟雨水喷洒的可控制循环过程中进行的。Zielnik认为，往常来讲，将塑料放在“基准”环境中进行室外曝露测试需要花销12个月的时间，而假如经过加快老化测试来进行模拟，那么只要要花销1/6的时间。比如，假如在迈阿密屋外进行测试的话，需要5年的时间，可是假如进行实验室模拟老化的话则只要7.5～10个月。但是上述测试手段却没法加快全部的老化条件。这就好似我们能够经过使用1个月的高强度的紫外线照耀来模拟6个月的一般室外照耀，可是却没法将温度或许湿度经过扩大6倍的方式来模拟相应的实验结果。每种塑料的老化速率在玻璃化转变温度(Tg)邻近是有很大区其余。Zielnik认为，很多加快测试方法（比如使用氙弧灯）中的温度都是凑近很多塑料的玻璃化转变温度的，而这一点对于测试来说是特别危险的。工业专家认为，没有任何一种加快测试方法能够精准展望塑料在真切环境中使用时所表现出的性能，

而这些可控测试方法不过能够为资料性能的终端认证可否经过供给相对有价值的参照。3图为Q-Lab的新式Q-TracII自然光齐集器。与传统的室外曝露架对比，该装置经过镜子使得试样遇到更加集中的阳光照耀。该装置使佛罗里达州5年的户外曝露等同于亚利桑那州1年的户外曝露Zielnik认为测试方法的选择是和产品的预期寿命有关的。“对于要使用20年的屋中用膜就不可以使用和测试眼科镜头或是其余包装同样的方法进行测试，它需要使用一种不一样的方法来进行测试，进而看其能否知足各样预期要求。”专家建议，对于要在室外使用的耐用品，应当经过长久的室外测试获取相应的加快老化测试数据来证明产品的性能。固然理想条件下的“自然”老化测试是不现实的，可是专家们提倡在不一样测试条件下起码采纳两种加快测试实验，也就是使用两种不一样的氙弧测试条件：一个氙弧检测器和一个荧光紫外检测器；或许一个氙弧装置和一个室外加快老化妆置。汽车工业往常在等候长久（2～5年）室外测试结果作为最后结果的同时，使用短期加速老化的结果作为选择资料的暂时基准。比如往常认为，对于一些资料而言，3～4个月的加快测试结果与2年的迈阿密屋外测试结果是差不多的。而这个方法也被包含建筑资料行业在内的其余行业所认可。对于花费品包装而言，比如医药品、家庭洁净用品、个人护理用品及软饮料的包装，加速老化测试往常需要24～96h去达成，甚至会需要5天的时间；对于建筑资料而言，比如屋顶、墙板、铁路侧线以及窗口剖面等，加快老化测试则需要花销3～6个月甚至更长的时间。实验室加快测试室外自然光照耀测试是实质的、易操作的，也是到现在为止最廉价的测试方法，每个试样在基准地址进行测试所需的月成本在$1以下。但是很多企业却没有方法做到为测试结果而等候若干年的时间。与真切天气条件的不行控制以及多变性不一样，实验室加快老化测试不但能够提升测试的速度，以及依据要求复制老化的条件，并且还能够保证明验的精准度和可重复性。最为常用的室内加快老化测试器是氙弧仪器以及由Q-Lab所抢先开发的荧光紫外装置。诸如Atlas的UV-2000装置和Q-Lab的QUV装置都是鉴于短波紫外辐射原理，因为短波紫外线被认为是对曝露于室外的塑料造成严重伤害的首要要素。其特别设计的荧光灯能够复制波长在295～365nm范围内的太阳光对塑料造成的伤害成效。将试样置于密封的盒子中，经过强迫冷凝的方法来供给湿度，并且经过加热器来控制温度。Atlas生产的Ci4000、Ci5000系列氙弧老化仪以及Q-Lab生产的Q-SunXe-1或Xe-3氙弧装置，则都是采纳氙弧灯复制紫外、可见以及红外整个光谱。这些装置经过使用玻璃滤光器减少剩余的辐射以及热量进而更好地模拟自然光，滤光器则以透太短波紫外线的多少而拥有多种规格。这些氙弧测试装置经过加热装置以及水冷却装置来控制温度，经过直接水喷洒装置和湿度控制器来模拟湿度成效。荧光紫外测试仪被公认的一大利处是它们的冷凝装置能够对湿气侵害进行最为传神的模拟。在氙弧装置中，当相对较冷的水喷洒在相对较热的测试样本上时，试样就会冷却下来，这样可能会延缓塑料的降解过程，这一点能够算作水喷洒装置的某种限制性。但是，水喷洒装置对于模拟热量冲击和机械侵害倒是特别实用的。为此，能够为荧光紫外测试仪配上水喷洒装置。同时在一些测试条件下，也能够对氙弧装置经过程序设定的方法而使之达到与荧光装置同样的冷凝成效。Atlas的Ci4000、Ci5000Q-Sun氙弧测试器以及Atlas

系列氙弧设备是将试样置于旋转鼓上达成测试的；Q-Lab的小型Suntest空气冷却装置则是将试样固定平铺设列而进行

的测试。不一样的加快老化设备的价钱是有很大差其余。荧光紫外测试仪的价钱往常在$10000～14000之间，而近似于Atlas的SunTest和Q-Lab的Q-SunXe-1的低端氙弧测试仪的价钱一般在$12000～15000之间。它们主要用于测试在限制的湿度条件和温度条件下，少许试样（往常在50以下）在室内的耐光性能。医药品、软饮料、漱口水以及织物清爽剂的外包装的光降解性能和颜色变化都是经过上述装置进行测试的。4Atlas的Ci4000型氙弧老化仪最为宽泛使用的氙弧测试仪能够对曝露湿度和温度进行更好的控制，而这种测试仪器的价钱往常在$30000～100000之间。这些更大的测试仪器能够测试更多更大的样品，并且有着更加精准的控制系统和传感器，能够对光照、温度、湿度进行更好的控制。Q-Lab的Q-SunXe-3能够同时测试50～100个51×102mm的样品，而Atlas的Ci4000以及更大的Ci5000老化仪则能够同时测试65～111个76x152mm的样品或许同时测试185～333个51×76mm的样品。实验室加快测试的服务成本也是千差万其余。荧光紫外测试的月花销大体在$800～2800之间，而详细的价钱则由样品的数目所决定；氙弧测试的价钱是由样品数目以及所进行的测试是标准测试仍是定制测试所决定的。比如，5～10个样品的月花销会在$1200左右，而假如是对大批试样进行为期3个月的测试时，月花销则在$25000左右。那么在什么样的状况下，自己购置加快老化测试仪会比使用测试服务更适合呢？Zielnik认为，只有当你的样品所需要的测试时间达到1年时，购置测试装置和使用测试服务所需要的花销才是同样的。室外加快老化试验室外加快老化测试是由菲涅尔（Fresnel）阵列日光集中系统所达成的。该系统由一系列的巨型并可机械控制的镜子所构成，这些镜子能够一年四时从早到晚地追随太阳的运动，并且将日光反射在样品板上。20世纪60年月，Atlas企业老化服务企业的DSET实验室使用他们的EMMA（EquatorialMountwithMirrorsforAcceleration，镜反光加快）以及EMMAQUA（EquatorialMountwithMirrorsforAccelerationwithWater，带水的镜反光加速）设备抢先采纳这种方法进行测试。此刻，Atlas企业正在使用他们的第三代Emmaqua系统并且加入了温度和湿度控制部分。2007年，Q-Lab则推出了Q-TracII，它的性能和第一代凑近，可是容量倒是第一代的两倍。因为这些装置只能够在荒漠环境中正常使用，因此两家企业往常都在他们各自的亚利桑那州实验地址使用这些装置。他们经过将试样曝露于有风力和水作用的室外环境中达成测试。Atlas的Zielnik指出，在更好地控制曝露因子方面，实验室加快测试明显优于室外加快测试。使用室外老化测试仪能够测试一些大面积试样，比如汽车尾灯、住所用小型照明灯、防弹车及飞机的安全玻璃，以及玻璃纤维复合物。因为这些测试系统能够将塑料零件置于玻璃下方，因此也可用来测试汽车的内饰件。在室外加快测试服务中，一块76x152mm大小的试样的月测试成本超出了$55。自然老化老化测试服务是依据资料或产品的应用范围，选择不一样的曝露方法和装置来达成室外测试的。对于在使用过程中会经受大批日光照耀的样品，往常会选择将其瞄准赤道方向进行照射而达成测试。测试一试样所接受的日光辐射量的多少是由试样的曝露角度所决定的。在一个典型的1.5×3.7mm的曝露架上既能够搁置实验平板也能够搁置3D产品。“开放式非支持曝露”是一种直接的老化测试方法，经过将试样尾端固定在架子上，来模拟大部分资料所处的完整曝露在周边空气中的应用环境；“支持式曝露”也是一种直接的老化测试方法，是将试样固定在纸质贴面的夹板基层，以模拟不过此中一面曝露在外的终端制品的应用环境，这些制品包含屋中用膜和汽车零件等；“玻璃下曝露”是将试样置于玻璃下进行测试，这是一种间接的老化测试方法，主要用来模拟测试汽车内部、家庭用地毯以及室内装潢用品等其实不是直接曝露在室外环境的产品。在美国，塑料行业所使用的曝露架主假如由WilliamHarrison、Hialeah其余企业生产的，它们的价钱大体在$1300～2000之间。

、Fla.以及一些因为很多企业都在室外有自己的曝露地址或许在他们自己楼层顶部就能够进行测试，所Q-Lab向市场投放了一种特别近似于Harrison架的Q-Rack便携式曝露架系统。据报导，这套工具能够达到ISO、ASTM、SAE对于室外测试的要求。Atlas企业此刻有一种新的、定制的、“即插即用”的便携式老化数据采集仪。该仪器被称为“Atlas老化工作站”，能够帮助客户依据自己的测试地址或许产品可能使用的天气条件收集数据。该装置的价钱在$25000以上，标准配置包含：1个工作台、紫外和全光谱辐射计、数据采集系统以及日光电池组。此外还有一些可选装置，比如温度和湿度探测器、雨量丈量表以及能够测定风速微风向的装置。使用者的选择Q-Lab的Roberts指出，研发部门以及质量认证部门常常使用荧光紫外以及氙弧测试仪来评估资料性能。两者都能够达到ASTM、ISO或是SAE标准。往常来讲，荧光紫外测试更适合测试物理性质的变化，而氙弧测试装置则更适合测试颜色的变化。Roberts认为荧光紫外测试仪能够更好地测试老化作用对样品的拉伸性能和冲击性能的影响。同时，该仪器也适和用于木塑复合资料的测试。Roberts指出，木塑资料的最正确老化测试标准是ASTM6662，该标准规定使用带有UVA-340长波紫外灯的荧光装置，而利用UVA-340长波紫外灯能够最大程度地模拟日光光谱的短波部分。并且标准还规定测试装置一定拥有冷凝装置，因为这能够很好地模拟室外因为露珠所造成的湿润状况。Bodycote

企业工程技术部的技术经理

RoccoRizzo很赏识荧光紫外测试仪在检测整块木塑板材以及PVC管材和型材性能时所表现出来的优秀性能。同时，

Rizzo

也看到了市场对于采纳氙弧装置进行木塑资料的紫外光曝露和热冲击实验的需求正在增添。Intertek塑料技术实验室的总经理JimGalipeau指出，绝大部分的客户都要求使用可对辐照进行控制的氙弧测试设备，可是他的企业有时也会为了能够对两种资料进行迅速的比较而使用荧光紫外测试仪。氙弧装置更适合用来测试塑料颜色的变化，特别是对于塑猜中的有机颜料和着色剂而言更是这样。因为它们对紫外、可见以及红外光谱特别敏感。从事有机颜料和着色剂生产的Ciba企业的技术人员JoeFay表示，氙弧老化测试仪已经宽泛地被用于新化合物的研发以及提升现有增添剂的性能。可是他同时提请人们注意，在进行加快老化测试时，你一定当心慎重，同时你一定联合好的经验和判断以及户外曝露产品制造的专有技术，去解说获取的数据。Ampacet

企业颜料和增添剂实验室的技术服务经理

PhilPickett

同时使用荧光紫外装置以及氙弧装置，结果发现弧测试装置只管需要较长的测试时间，

可是数据却能够更好地与自然条件下的室外老化结果相符合。

同时他还发此刻比较一组试样的相对稳固性时，

使用两种仪器的测试结果进行剖析是特别实用的。光降解塑料是Ciba企业和Ampacet企业研究的一大领域。Fay介绍说：“为对促降解剂的配方进行老化测试，我们先使用氙弧测试仪进行初步测试，以对若干候选配方进行挑选，而后再进行实地测试。”Ampacet企业的Picket说，他是经过联合室内加快老化和在不一样天气条件下曝露于室外来达成企业光降解母料测试的。这些测试能够为资料的性能供给一个标准，可是往常状况下，仍旧存在很多变量可能会影响到最后的性能结果。而这些变量包含阳光、雨量、干燥度以及湿润程度等等。为测试汽车产品，LyondellBasellIndustries企业（前身为SolvayEngineeredPolymer）的T