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日曬加速老化測試中焦耳數等效存在的問題-濕度

發布于:2019-05-07T10:05:46 閱讀次數:1378

日曬加速老化測試中焦耳數等效無法用于解決實驗室加速老化測試與自然老化測試的時間換算(更多關于實驗室加速老化測試與自然老化時間換算的問題,詳見《試驗機加速老化時間與戶外老化時間應該如何換算?》),原因在于焦耳數等效方法并未完全考慮光譜、濕度、溫度等影響因素。

眾所周知,潮濕對聚合物戶外和實驗室老化測試起著非常重要的作用。在戶外曝曬中,季節不同、樣品安裝方法不同以及曝曬地點不同,潮濕的影響也不同。例如,樣品在佛羅里達曝曬比在亞利桑那曝曬,遭受的潮濕侵蝕要大的多。在實驗室加速測試中,操作者可以選擇差別很大的潮濕循環。同時,不同的試驗箱模擬潮濕的形式也不同。熒光紫外試驗機通過熱冷凝的方式實現潮濕侵蝕,而氙燈或碳弧燈試驗箱采用冷噴淋的形式。

為了說明在相同焦耳數下,潮濕如何影響材料的老化,把不同的材料暴露在G53標準規定的熒光紫外試驗機中,分別運行下面不同的循環:

循環A 4 h 紫外光照, 4 h 冷凝
循環B 4 h 紫外光照, 4 h干燥黑暗(無冷凝)
循環C4 h 冷凝, 4 h 干燥黑暗 (無紫外光照)

 為了排除波長的影響,所有曝曬都使用UVA - 340燈管,340 nm處的輻照度都設定為1.35W/m2。為了排除溫度的影響,所有曝曬的溫度都保持在50°C。

潮濕對環氧涂層失光的影響

圖1-潮濕對環氧涂層失光的影響。沒有潮濕作用的曝曬相比有潮濕作用的曝曬,需要大約200%的焦耳數才能對材料產生大概相同的失光效果。

圖1顯示潮濕對環氧涂層失光的影響。在這個例子中,沒有潮濕作用的循環需要大約兩倍的焦耳數,才能對材料產生與有潮濕作用的循環大概相同的失光效果。圖2顯示對于聚氨酯涂層,數據是相似的。有潮濕作用的循環每焦耳對材料產生的老化至少是沒有潮濕作用的循環的500%。再次證明,材料的老化與焦耳數之間不是相互對應的。

潮濕對聚氨酯涂層失光的影響

圖2-潮濕對聚氨酯涂層失光的影響。相同焦耳數,材料產生的老化并不相同。

紫外光照和潮濕的共同作用-圖3增加了4h冷凝和4h干燥黑暗循環的數據。然而,因為在這個新的循環中沒有紫外光照,在圖中不可能描述光澤和焦耳數之間的關系。所以我們描述了光澤與曝曬時間之間的關系,在這個例子中,樣品的光澤沒有明顯改變。請注意,不管是在沒有紫外光照的循環中,還是在沒有潮濕的循環中,材料的光澤都沒有發生明顯變化。只有潮濕和紫外光照共同作用,才引起材料明顯的光澤變化。因為紫外光照是伴隨潮濕作用共同對材料產生影響,所以僅用焦耳數來定義曝曬時間顯然是毫無意義的。

潮濕和紫外光照共同作用

圖3-潮濕和紫外光照共同作用,對材料的失光產生影響

潮濕不但確實影響材料發生老化的速率,而且也影響材料發生老化的類型。圖4顯示尼龍樣品的黃變與焦耳數之間的關系。沒有潮濕作用的測試循環使材料發生黃變,而有潮濕作用的循環使材料的顏色向相反的方向變化。材料的目測結果表明有潮濕作用的循環使材料的表面發生粉化,而沒有潮濕作用的循環沒有引起這種變化。像這種例子,用焦耳數來定義材料的老化是沒有任何意義的,因為在相同焦耳數曝曬下,相同的樣品因為是否受到潮濕的作用而顯示了截然不同的老化類型。

因為潮濕的影響,顯示了不同的老化類型。

圖4-受相同焦耳數的曝曬,相同的尼龍樣品因為潮濕的影響,顯示了不同的老化類型。

同時要注意,潮濕并不總是引起材料發生老化的重要因素。圖5顯示對于聚苯乙烯材料,潮濕并不影響材料發生黃變的速率。在本例中,340nm處的焦耳數確實可以很好地測量老化因素。另一方面,通常使用的測試時間也可以用于測試計時。

潮濕循環對于聚苯乙烯材料發生黃變的影響

圖5-潮濕循環對于聚苯乙烯材料發生黃變的影響。在本例中,潮濕并不影響材料發生老化的速率

以上數據表明,暴露在相同焦耳數下的相同材料,濕度不同會引起不同的老化速率和類型。因為這個原因,不建議用焦耳數來定義曝曬時間,因為可能潮濕循環不同。

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