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人工加速老化试验综述-上海跃进医疗器械有限公司

[导读]介绍了人工加速老化试验的目的、方法、设备及应用原理, 重点阐述了辐照能量与辐照强度的关系、辐照强度的影响因素、人工加速老化试验的影响因素以及人工加速老化和自然曝晒的相关性, 为人工加速老化试验在曝露型屋面材料的研究、开发、检测等方面的应用作出理论指导。

介绍了人工加速老化试验的目的、方法、设备及应用原理, 重点阐述了辐照能量与辐照强度的关系、辐照强度的影响因素、人工加速老化试验的影响因素以及人工加速老化和自然曝晒的相关性, 为人工加速老化试验在曝露型屋面材料的研究、开发、检测等方面的应用作出理论指导。

1 人工加速老化试验目的

太阳光特别是短波长的紫外光以及温度、降雨和以高湿度形式出现的湿气等因素, 是造成材料老化的主要因素。老化主要是指材料的变色、起泡、龟裂、剥落、粉化等一系列物理化学性能和机械性能逐渐变坏的现象或表现, 甚至最后丧失使用价值。限于材料在长期使用后其老化性能才得以表现, 为摆脱自然老化试验考察周期漫长的制约, 通常采用人工加速老化试验来模拟并强化自然户外气候对试件的破坏作用, 通过考察材料在模拟现实情况的光、热、氧、臭氧等因素条件下的老化情况来实现快速评价材料老化性能的目的, 从而提升产品质量尤其是提高其耐候性, 最大限度避免由老化所造成的损失。

另外, 现在越来越多的企业出于成本控制的考量, 希望在承诺的产品使用寿命内, 尽量降低材料的使用成本, 所以人工加速老化试验还有一个很重要的目的是“防止过设计”。

2 人工加速老化方法

基于老化因素的多样性及老化机理的复杂性, 自然老化无疑是最可靠的老化试验方法。但自然老化周期的漫长性及不同年份、季节、地区气候条件的差异性造成试验结果的不可比性, 往往导致试验结果的重复性和可再现性很差。而人工加速老化试验模拟强化了自然气候中的某些重要因素, 如阳光、温度、湿度、降雨等, 有效缩短了试验周期, 且由于试验条件的可控性, 试验结果再现性强, 有效解决了自然老化试验的缺陷, 加之其试验条件的选择具有方便性及针对性, 因此, 人工加速老化作为自然老化试验的重要补充, 已广泛运用于高分子材料的研究、开发和检测[1,2,3,4,5,6,7,8]。

人工加速老化大致有碳弧灯模拟加速老化、荧光紫外加速老化、氙弧灯加速老化三大类。碳弧灯模拟加速老化试验箱是最早出现的, 因为维修费用高、不能校正、模拟光谱范围狭窄等缺点, 现在已很少使用。研究表明, 太阳光中的紫外光, 尤其是360 nm以下的波段能量是造成材料老化的主要因素, 利用这一原理在20世纪70年代开发了紫外老化试验箱, 主要有以UVA-340灯管作为测试光源的紫外老化试验箱。UVA-340灯管的主要辐射波段集中在295~400 nm, 在340 nm处于峰值, 故此得名。该灯管的光源在360 nm以下和太阳光的紫外波段吻合度很高 (图1) [9], 特别适用于户外产品的紫外耐候测试。


20世纪50年代, 世界上出现了第一台氙弧灯模拟加速老化试验机。氙弧灯可以最真实地再现全光谱太阳光, 包括紫外线、可见光和红外线。采用合适的滤光技术后的氙弧灯设备是模拟产品在直接阳光照射以及透过玻璃的长波紫外线或可见光照射环境下的最佳方式, 不但可以模拟室内材料的耐光性能 (通过窗玻璃过滤器过滤后) , 同时还可以模拟户外气候环境 (水喷淋达到降温和淋雨效果) 。

由于氙弧灯的光谱很接近完整的包括太阳光谱, 因此, 氙灯试验箱越来越广泛地用于测试材料的光稳定性和抗老化性能, 是国内外最广泛采用的方法之一。但该方法也有局限性, 即氙弧灯光源稳定性及由此带来的试验系统的复杂性。氙弧灯光源必须经过过滤以减少不期望的辐射, 为达到不同的辐照度分布可选择不同类型的玻璃过滤器。当然, 选用何种过滤器取决于被测试材料的类型及其最终用途 (即使用条件) 。改变玻璃过滤器的类型可以改变透过光线的光谱波长及波段分布, 从而改变材料遭受破坏的速度和类型。氙弧灯经常使用的过滤器有3种类型:日光过滤器、窗玻璃过滤器和紫外加强滤过器。图2展示了氙弧灯试验箱使用日光过滤器、窗玻璃过滤器和紫外加强过滤器的光谱分布[9]。



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