汽車高分子材料光老化試驗方法的對比

01老化試驗概念及原理材料老化是一種自然現(xiàn)象，老化試驗主要是指針對橡膠、塑料產(chǎn)品、電器絕緣材料及其他材料進行的熱氧老化試驗，或者針對電子零配件、塑化產(chǎn)品的換氣老化試驗。光老化試驗是一種利用人造光源來模擬陽光、下雨、凝霧等自然環(huán)境，進而驗證高分子材料對自然環(huán)境抵抗能力的試驗方法。太陽光主要由紫外線、紅外線和可見光組成，紅外線產(chǎn)生的熱效應(yīng)是造成高分子材料分子鍵斷裂、材料降解的主要因素，當太陽輻射綜合溫度、濕度氣候因素時，破壞效果更為明顯。02光老化試驗方法目前，普遍使用的光老化試驗方法主要有碳弧燈試驗法、熒光紫外燈試驗法、金屬鹵素燈試驗法、氙弧燈試驗法。碳弧燈試驗法碳弧燈分為兩種：紫外碳弧燈和陽光碳弧燈。無論哪種碳弧燈，其光譜和真實的太陽光光譜差別都很大。以前，人工模擬光老化技術(shù)多是使用碳弧燈技術(shù)，隨著技術(shù)的更新發(fā)展，人們有了更好的選擇，很多國家和企業(yè)不再使用，僅有日本還在沿用碳弧燈試驗法。熒光紫外燈試驗法熒光紫外燈試驗法通過調(diào)整燈管的功率，達到加快試驗進度目的，可快速對高分子材料進行初步篩選。因熒光紫外燈所產(chǎn)生的光照僅存于地球的表面，且這種輻射能量在自然光中沒有。由于熒光紫外燈只能通過箱體控制溫度，缺乏較長波長的光譜能量，對于某些對較長波長的紫外能量敏感的材料而言，這種試驗方法則不太適用。金屬鹵素燈試驗法金屬鹵素燈提供的光譜能量分布和實際太陽光較為相似。利用金屬鹵素燈來進行試驗，試驗結(jié)果溯源性更高。金屬鹵素燈的不足在于其設(shè)備成本較高，因此，主要適用于整車等大型設(shè)備的人工光照老化試驗，難以大面積推廣。氙弧燈試驗法氙弧燈能產(chǎn)生紫外光、可見光和紅外光，氙弧燈的光譜能量分布與陽光中的紫外光和可見光部分最相似，同時它的使用壽命也長。為了讓氙弧燈光更好地模擬地球表面的自然暴露，在試驗時，一般會變換濾鏡的組合，通過這種方法使照射到樣品的光譜和自然暴露的陽光更接近，從而達到模擬戶外和戶內(nèi)的光照老化，濾鏡可使用硼硅玻璃、鈉鈣玻璃和石英玻璃等。03光老化試驗原則為使光老化試驗與自然老化盡量一致，在進行光老化試驗時，應(yīng)遵循以下原則。光譜相似為了避免材料的非自然光老化現(xiàn)象，試驗時所用光源產(chǎn)生的紫外線波長要和實際使用條件下的波長相同，光源的光譜與太陽光譜相似。如果相異，即波長過高或過低，都可能會引起材料的非自然光老化現(xiàn)象。溫度和濕度適宜試驗中，溫度或濕度過高都可能引起材料非自然的變化，因此，溫度和濕度不能超過自然暴曬試驗的最高值。周期及溫度循環(huán)自然暴露的樣品會經(jīng)歷春夏秋冬四季的變換和晝夜的更替，隨著季節(jié)變換和晝夜更替，溫度會時高時低，暴露的樣品就會產(chǎn)生周期性的膨脹和收縮的現(xiàn)象，從而引起老化，因而在試驗時也要考慮這種情況。04老化結(jié)果的評估老化結(jié)果的評估可采用外觀狀態(tài)評估、顏色光學(xué)參數(shù)評估、物理性能評估等方式，不同的材料要選用不同的評估方式，以保證試驗的準確性。外觀狀態(tài)評估外觀狀態(tài)評估相較于顏色光學(xué)參數(shù)評估和物理性能評估而言，更加直接和方便，但外觀狀態(tài)評估主要依靠試驗者的個人經(jīng)驗，具有一定主觀性，不同的試驗者可能會得出不同的結(jié)果。客戶同樣以此來判斷材料的外觀是否令人滿意，因此，評估結(jié)果的一致性很重要，一致性能減少因試驗者的差異而帶來的不同結(jié)果，而且評估必須由經(jīng)過培訓(xùn)、有經(jīng)驗的評估師來進行。常見的老化試驗外觀評價有褪色、水泡、粉化、褶皺、脫落、銹蝕、剝落、開裂和裂紋等。評估師根據(jù)適當?shù)牡燃墝Σ牧系淖兓M行評級，通常按照美國材料實驗協(xié)會（AmericanSocietyofTestingMaterials，ASTM）標準從0級到10級的等級系統(tǒng)進行劃分，0級為非常差（完全失效），10級為非常好（無變化）。對外觀狀態(tài)的評估還可使用儀器來測量，儀器測量結(jié)果相對于試驗者目測更客觀。儀器測量能排除人為偏差的可能性，而且試驗結(jié)果可重復(fù)。同時，連續(xù)的儀器測量數(shù)值方便試驗者進行統(tǒng)計分析。如對光澤、鮮映性，即影象清晰度（DistinctnessOfImage,DOI）和顏色的評估方面，均可使用光電儀器進行測量，進行儀器測量時應(yīng)對被測量的材料表面污物等清洗干凈。否則，儀器測量的是污物而不是真正的材料表面。顏色評估研究顯示，材料的顏色不同，其對光的敏感程度也不同。敏感程度不同，就會導(dǎo)致表面溫度不同，從而影響后續(xù)的物理化學(xué)物反應(yīng)，進而導(dǎo)致材料老化方式的差異，因而用儀器法測量顏色是所有光電測量方法中最復(fù)雜的。顏色測量即把一束光照射在樣品表面，然后收集樣品反射光。通過反射光光譜用來迅速記錄被測物體的顏色。大部分顏色儀器測量法采用L*a*b*色空間來定義顏色。L*值表示亮度，a*表示紅綠坐標軸，b*值表示黃藍坐標軸。光亮度因子（L*）從0到100，其中0=黑色，50=灰色，100=白色，隨著數(shù)值增大，顏色由淺變深。紅綠因子（a*）指呈現(xiàn)紅色或綠色，當a*是正數(shù)，表示被測材料的顏色是紅色，數(shù)值越大，物體的顏色越紅；當a*是負數(shù)，表示被測材料的顏色是綠色，負數(shù)的數(shù)值越大，物體的顏色越綠；當a*為0時，表示材料的顏色介于紅色和綠色之間。藍黃因子（b*）指物體呈現(xiàn)黃色或藍色，當b*是正數(shù)，表示被測材料的顏色是黃色，數(shù)值越大，物體的顏色越黃；當b*是負數(shù)，表示被測材料的顏色是藍色，負數(shù)的數(shù)值越大，物體的顏色越藍；當b*為0時，表示材料的顏色介于黃色和藍色之間。通過比較暴露前后L*、a*、b*數(shù)值的不同來計算顏色的變化。用△來表示數(shù)值之間的不同，也就是用現(xiàn)在的測量值減去初始值?！鱈代表光亮度的變化，△a和△b表示顏色變化。如+△L表示顏色變得更亮，+△a表示紅色加深，綠色變淺。物理性能評估除了外觀和顏色評估外,材料在老化過程中還存在其他方面的變化，如力學(xué)性質(zhì)的損失等物理性能變化。材料力學(xué)性質(zhì)的損失具有差異性，這是因為材料本身的降解機理和降解滲透程度等不同。如果材料形態(tài)發(fā)生變化或表面發(fā)生改變，但材料表面沒有裂紋，那么材料的拉伸強度下降,延伸率幾乎保持不變。如果材料表面出現(xiàn)裂縫,且是切敏性材料，那么材料的拉伸強和延伸率都會下降。比較常用的物理性能試驗項目有拉伸強度、彎曲程度、硬度額附著力等。因此，材料物理性能的變化不僅和光、水、溫度等環(huán)境因素有關(guān)，還和材料本身的特性和材料幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。05結(jié)論四種不同類型的光老化試驗方法各有優(yōu)勢，在進行光老化試驗時，應(yīng)遵循光源的光