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耐候性測試該選擇紫外老化測試還是氙燈老化測試?

發布于:2019-07-29T11:07:23 閱讀次數:1512

各類產品的老化,每年造成億萬美元的經濟損失。造成的材料損害主要包括:變色、失光、強度下降、開裂、起皮、粉化和氧化等。很顯然,對許多產品來說,抗老化和光穩定性是很重要的?,F在大部分研究者用自然暴露方法、QUV?加速老化試驗機或?Q-Sun?氙燈試驗箱進行測試。

自然暴露測試方法有很多優點:真實、便宜、易于操作。然而,大部分制造商不愿意等上幾年時間來觀察某種新的改良產品配方是否真的改進了。因而實驗室加速老化測試稱為了另一種更為高效的選擇。但在QUV 加速老化試驗機或 Q-Sun 氙燈試驗箱進行測試這個問題上方法經常引發爭議。

在回答選擇QUV還是Q-SUN進行測試之前,有必要先來更詳細了解材料為什么會發生老化,造成材料老化的主要因素是光照(特別是紫外線)、高溫以及雨水、露水和高濕度等潮濕條件,其中光照和潮濕往往會產生協同作用。有些材料在光照或潮濕條件的單獨作用下的耐久性好,但在光照和潮濕的協同作用下,往往會失效。

光照

不同的材料對光的敏感性也不同。對于經久耐用的材料,如大多數涂料、塑料、短波紫外線是引起大部分聚合物老化的原因。然而,對于不是那么經久耐用的材料,如某些顏料和染料,長波紫外線甚至可見光也會對其造成嚴重的危害。

高溫

盡管溫度不影響主要的光致化學反應,它卻影響后繼的化學反應。實驗室老化測試必須提供精確的溫度控制,通常還通過升溫的方法來加速老化。


潮濕

露水造成的危害比雨水更大,因為它附著在材料上的時間更長,形成更為嚴重的潮濕吸收。然而不能忽視的是雨水驟降造成的熱沖擊。比如當一輛汽車在一個炎熱夏日溫度升高卻突然因陣雨而急劇散熱。

這三個因素中的任一個都會引起材料老化。它們往往同時發生作用,造成的危害將大于其中任一因素單獨作用所造成的。


QUV加速老化試驗機

QUV紫外老化試驗箱利用熒光紫外燈管來模擬太陽光對耐久耐用材料的破壞作用。這些燈管在電學原理上與普通照明用的冷白燈管很相似,但它主要發射紫外光而非可見光或紅外光。

對于不同的最終使用條件,需要不同光譜進而需要不同類型的燈管。UVA-340燈管在短波紫外線波段可最佳模擬太陽光。UVA-340 的光譜功率分布(SPD)在太陽光的截止點到大約 360nm 范圍內與太陽光吻合地非常好。UV-B 燈管在 QUV 中也被廣泛應用。它們比UV-A 燈管引起的材料老化更快,但它們比太陽光截止點更短的波長對許多材料可能產生不切實際的結果。


UVA-340 燈管在短波紫外線波段可最佳模擬太陽光

在戶外,材料由于露水每天有12個小時潮濕狀態。為了更真實的模擬戶外潮濕侵蝕。QUV用特殊的冷凝功能再現戶外露水潮濕。

Q-Sun 氙燈試驗箱

氙燈試驗箱產生的光譜必須經過濾來減少不必要的光譜成分。使用不同類型的玻璃過濾器可得到不同的光譜。ASTM G155 中定義了三種類型經常使用的過濾器:日光、窗玻璃和紫外延展過濾器。

下圖展示了這些過濾器產生的光譜。日光、窗玻璃和紫外延展過濾器又分別有幾個不同的類型。


日光過濾器通常被推薦用來研究與自然老化之間的相關性


窗玻璃過濾器產生的光譜與透過玻璃的太陽光譜非常相似,常被用于測試室內光穩定性


紫外延展過濾器常被用于提供更快的測試結果

大多數氙燈試驗箱通過水噴淋或濕度控制系統來模擬潮濕的影響。水噴淋的局限性是當溫度較低的水噴淋到溫度較高的被測樣品上,樣品的溫度也將隨之降低,這有可能減緩老化的速率。然而,水噴淋在模擬熱沖擊和機械侵蝕方面做的相當好。

哪種解決方案最好?

不存在一種測試技術能夠滿足所有材料和應用條件。您所選擇的方法取決于您的測試目的、時間安排、經費預算等。如果它的購買價格和運行成本太高的話,那它也沒有實際應用價值。這就是為什么購買價格、運行成本、維護費用是一些不容忽視的重要因素的原因。在考慮測試設備的優點時也應考慮到這些因素。

購買價格

一般而言,QUV 比Q-Sun 便宜得多。舉例來說,Q-Sun 的價格可能是QUV的 3 倍,當然還要取決于設備的測試容量和功能3。

樣品容量

QUV/se 紫外老化試驗箱和 Q-Sun Xe-1氙燈老化試驗箱的價格差不多,但它們的樣品容量相差很大。QUV 大約是 Q-Sun Xe-1容量的 5 倍。QUV的容量比 Q-Sun Xe-3 的也大,Q-Sun Xe-3 的樣品容量僅為 QUV 的 72%。

主要針對標準

標準參考應當成為你選擇測試設備是一個重要的考慮的因素,QUV紫外老化試驗箱和Q-SUN老化試驗箱分別有不同的標準適用范圍,下表簡單羅列了兩款設備的滿足的標準要求。

QUV測試標準

Q-SUN滿足的測試標準

ISO 4892

ANSI C57.12.28

ANSI, A14.5

ASTM D4329

ASTM D4674

ASTM D5208

DIN 53 384

西班牙標準 UNE 53.104

  ISO 4892-2

  ASTM D2565

  ASTM D4459

  ASTM D4101

  ASTM D5071

  ASTM D1248

  DIN 53 387

 

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