氣候和陽光照射是涂料、塑料、油墨等高分子材料損壞的主要原因。由于光照和濕度對材料的破壞，每年造成數(shù)億美元的經(jīng)濟損失。這種損壞包括失去光澤、褪色、發(fā)黃、破裂、剝落、脆化、強度降和分層。甚至室內(nèi)光線和玻璃窗透射的陽光也會使一些材料老化，比如導(dǎo)致顏料和染料褪色或變色。
顯然，抗老化和光穩(wěn)定性對于很多產(chǎn)品來說都是較重要的。多年來，使用了各種方法?，F(xiàn)在大多數(shù)研究者采用自然暴露法進(jìn)行測試，這種方法有很多優(yōu)點:實用、成本低、操作簡單。但是，大多數(shù)廠商都不愿意等上幾年，看看一個新改進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計是否真的改進(jìn)了。
近年來，開發(fā)了低成本和易于使用的實驗室測試設(shè)備，包括紫外線加速老化設(shè)備(符合ASTM G154)和氙燈試驗箱(符合ASTM G155)。(紫外線老化試驗箱是國際上廣泛使用的老化測試設(shè)備。它是基于這樣的原理:對于耐用材料，紫外光的短波長引起zui的主要老化損傷。氙燈試驗箱模擬陽光的所有光譜，包括紫外線、可見光和紅外線。)
導(dǎo)致產(chǎn)品老化的自然因素
大老化傷害是由光照、高溫、濕度三個因素造成的。這三個因素中的任一一個都會造成材料老化。他們往往同時行動，造成的危害會大于其中任一一個單獨行動造成的危害。
照明
不同的材料對光的有感度不同。對于耐用材料，如大多數(shù)涂料和塑料，紫外線的短波段是大多數(shù)聚合物老化的原因。而對于不那么耐用的材料，比如一些顏料、染料，紫外線甚至可見光的波長較長，會造成嚴(yán)重的老化。
高溫
當(dāng)溫度升高時，光的破壞作用也會增加。溫度雖然不影響主要的光誘導(dǎo)反應(yīng)，但確實會影響次要的化學(xué)反應(yīng)。實驗室老化試驗必須提供溫度控制，通常通過提高溫度來加速老化過程。
潮濕
露水、雨水和高濕度是濕度危害的主要原因。我們的研究表明，戶外物品每天都會有很長一段時間處于潮濕狀態(tài)(平均每天8 ~ 12小時)。研究還發(fā)現(xiàn)，濕氣形成的露水是室外濕度的主要因素。露水比雨水危害更大，因為它粘在材料上的時間更長，吸濕更嚴(yán)重。
當(dāng)然，雨水對材料的傷害也很大。雨水會造成熱沖擊，比如在炎熱的夏天，汽車的溫度上升，突然因為陣雨而急劇下降，就會造成沖擊現(xiàn)象。雨水沖刷造成的機械侵蝕也會加速材料的老化，如木材涂層，雨水沖刷去除表面老化層，將未老化的內(nèi)層暴露在陽光下造成進(jìn)一步老化。
對于室內(nèi)材料來說，水分的主要作用往往是機械應(yīng)力。這是由于材料試圖與周圍環(huán)境保持水分平衡造成的。材料受到的濕度越大，需要克服的應(yīng)力就越大。雖然室內(nèi)物品，如紡織品和油墨只暴露在濕氣中，但它仍然是室外材料老化的一個重要因素。在室外，環(huán)境相對濕度(RH)會影響濕物料的干燥速度。
紫外線老化試驗
對于暴露在戶外的耐用材料，紫外線300-400 nm的短波段，即365 nm到太陽光的低波段，是導(dǎo)致zui老化損壞的主要原因。通過紫外老化試驗箱可以在短時間內(nèi)獲得產(chǎn)品抗老化的真實數(shù)據(jù)。
紫外線老化試驗箱采用熒光紫外燈，模擬陽光對耐久材料造成的損傷。紫外線燈在電學(xué)原理上類似于普通照明的燈，但它主要發(fā)射紫外線而不是可見光或紅外線。
對于不同的應(yīng)用條件，需要不同的光譜，進(jìn)而需要不同類型的燈。UVA-340燈管對太陽光有很好的紫外短波段模擬作用。UVA-340的光譜能量分布(SPD)與從太陽光的截止點到大約360 nm的太陽光譜較一致。
為了獲得可重復(fù)的測試結(jié)果，有必要控制輻照度(光強)。大多數(shù)紫外線老化試驗箱都配有光強控制器。這種光控系統(tǒng)為用戶選擇輻照度提供了方便。有了反饋回路系統(tǒng)，輻照度可以連續(xù)自動控制和保持。輻照度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)燈的功率，自動補償燈管老化等因素引起的光強變化。在短短幾天或幾周內(nèi)，紫外線老化試驗箱就可以模擬在戶外數(shù)月甚至數(shù)年的損傷。
紫外線老化試驗箱的照度控制配備了照度控制器，比手動照度控制測試設(shè)備具有更好的測試重復(fù)性，因為這些燈不用旋轉(zhuǎn)，維護措施也簡化了。
在紫外老化試驗箱中，由于熒光紫外燈固有的光譜穩(wěn)定性，發(fā)光控制系統(tǒng)相對簡單。隨著燈的老化，所有光源的輸出都會衰減。然而，與大多數(shù)其他類型的燈管不同，紫外線燈的光譜不會隨時間而改變。這也提高了測試結(jié)果的重復(fù)性，也是使用SC/UVA-PQ紫外老化試驗箱進(jìn)行測試的一大優(yōu)勢。
紫外老化測試燈管的選擇
你的材料zui的終使用條件決定了你應(yīng)該使用哪種類型的紫外線燈。所有的燈主要發(fā)出紫外線，而不是可見光或紅外線。紫外線燈的功率相當(dāng)于一個普通的40瓦熒光燈。但不同類型的燈發(fā)出的紫外線總能量不同，光譜分布也不同。紫外燈通?？梢苑譃閁VA和UVB，主要取決于大部分輸出光譜所在的區(qū)域。
UVA燈管
UVA燈特別適用于不同類型聚合物的對比試驗，因為UVA燈不含任一低于太陽光295nm截止點的超短紫外光。他對材料的傷害比UVB燈慢。不過他的戶外曝光結(jié)果相關(guān)性更好。
UVA-340
UVA-340*模擬太陽光從365納米到295納米截止點的關(guān)鍵紫外線短波區(qū)域。其峰值為340納米。UVA-340特別適用于不同成分的對比測試。
UVA-340燈可以模擬短波紫外光譜。
UVA-351
UVA-351模擬陽光穿過窗玻璃的紫外線部分。適用于室內(nèi)產(chǎn)品的老化測試，如放置在窗戶附近的一些油墨和高分子材料。
UVB燈管
UVB管發(fā)射的是在地球表面可以獲得的短波長太陽光zui。因此，熒光紫外UVB燈廣泛用于質(zhì)量控制和R&D部門，以便更快、更好地進(jìn)行測試。因為所有的UVB燈發(fā)出的都是非天然的紫外線短波，低于太陽光的停止點295nm，所以結(jié)果會和實際情況不一樣。我們可以提供兩種類型的UVB燈，它們的照射量不同，但產(chǎn)生的紫外線波長波形相同。
紫外線B-313EL
與QFS-40燈相比，UVB-313EL更適合質(zhì)量控制和R&D應(yīng)用以及耐用材料的測試。B-313EL發(fā)射高紫外輸出，可以得到更快的測試結(jié)果，也較穩(wěn)定。
UVB-313EL是UVB-313的替代產(chǎn)品，可以提供更高的輸出穩(wěn)定性。太陽能強度控制系統(tǒng)可以通過降UVB-313EL的照射強度來模擬QFS-40燈。這樣可以延長燈管的壽命，降更換燈管的成本。
UVA-340
特別適用于不同配方的對比試驗。建議用于大多數(shù)塑料、紡織品、涂料、顏料和紫外線穩(wěn)定劑的相關(guān)性測試。比較了適合戶外曝光的結(jié)果。
紫外線B-313EL
以及質(zhì)量控制和R&D應(yīng)用。建議用于一些耐用材料，如屋面材料和一些室外涂料。
QFS-40
汽車外飾漆
UVA-351
用于太陽光穿過玻璃的紫外線模擬。建議用于一些汽車內(nèi)飾件、紡織品和油墨。
全光譜氙燈老化試驗
氙燈試驗箱模擬太陽光的所有光譜，包括紫外線(UV)、可見光和紅外線(IR)。它可用于測試對長波長的紫外線、可見光和紅外線有感的材料。影響氙燈光譜的因素有兩個:濾光系統(tǒng)和光源的穩(wěn)定性。
氙燈產(chǎn)生的光譜必須被過濾以減少不想要的光譜成分。不同類型的玻璃濾光器可以用來獲得不同的光譜。過濾器的使用取決于被測材料和材料的終使用條件。不同的濾光片對紫外線短波段的光譜過濾量不同，會極大地影響老化的速度和類型。常用的濾光器有三種:日光濾光器、窗玻璃濾光器和紫外線擴展濾光器。
SC氙燈試驗箱的氙弧燈能真實再現(xiàn)全光譜太陽光，包括紫外線、可見光和紅外線。許多材料需要暴露于全光譜以提供準(zhǔn)確的模擬，尤其是在色牢度測試和耐光牢度測試中。
氙燈試驗箱是材料測試的重要R&D和質(zhì)量控制工具。它可以測試暴露于室外直射陽光、窗戶玻璃透射的陽光或室內(nèi)照明的產(chǎn)品。試驗箱有多種類型和配置?？梢愿鶕?jù)自己的測試要求選擇需要的類型。
鹽噴腐蝕試驗
它是由環(huán)境引起的腐蝕性物質(zhì)或其性質(zhì)的破壞或退化。大部分腐蝕發(fā)生在大氣環(huán)境中，大氣環(huán)境中含有腐蝕成分和氧氣、濕度、溫度變化、污染物等因素。鹽霧腐蝕是常見的破壞性大氣腐蝕。也是金屬制品老化的一種表現(xiàn)。
與老化測試領(lǐng)域一樣，汽車行業(yè)也在腐蝕測試方面進(jìn)行了許多創(chuàng)新。20世紀(jì)80年代和90年代的汽車循環(huán)腐蝕試驗在以前提倡的干濕循環(huán)中增加了冷凝和高濕度。腐蝕再現(xiàn)了用鹽融化冰雪的惡劣路況。這些試驗一般是用傳統(tǒng)的壓縮空氣霧化噴嘴噴射腐蝕性溶液，然后烘干。測試樣品上的鹽殘留會在冷凝和高濕度環(huán)境中溶解，并在樣品表面和油漆劃痕上再次反應(yīng)。在很多環(huán)境下，尤其是冬季行駛在鹽處理道路上的汽車，這些測試往往與室外腐蝕有很好的相關(guān)性，大大提高了抗腐蝕能力，對行業(yè)有很大的幫助。
現(xiàn)代腐蝕試驗箱，如新型鹽霧試驗箱，對環(huán)境條件控制更嚴(yán)格，無需人工操作即可滿足試驗要求，如GMW 14872。*改進(jìn)是增加了相對濕度控制功能。這對于需要“干燥”或“實驗室環(huán)境”條件的測試階段較重要。隨著地理和氣候條件的變化，實驗室環(huán)境條件往往無法控制不同階段之間的過渡時間。由于復(fù)合鹽霧試驗箱的相對濕度控制系統(tǒng)和空氣預(yù)處理裝置向箱內(nèi)提供熱或冷的干燥空氣，幾乎可以滿足所有汽車腐蝕工程師規(guī)定的試驗條件。
復(fù)合鹽霧試驗箱的另一個進(jìn)步是控制腐蝕噴霧。用戶可以對噴射的開啟/關(guān)閉時間進(jìn)行編程，以便控制噴射在樣品上的沉降量。這是GMW 14872測試標(biāo)準(zhǔn)中控制腐蝕取樣率的另一種有效方法，該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定“測試樣品和樣品片全潤濕/溶液滴落”傳統(tǒng)的鹽霧應(yīng)用強調(diào)噴霧的均勻性和避免“直接撞擊”，但新方法強調(diào)噴霧能快速潤濕樣品并沖走鹽渣，從而給其他實驗階段留下漫長的過渡。
老化試驗的一些行業(yè)參考標(biāo)準(zhǔn)
要了解材料或產(chǎn)品的抗老化性能，需要做一些人工加速老化試驗。以下是一些常見的老化測試項目和標(biāo)準(zhǔn):
傳統(tǒng)產(chǎn)品
JIS D 0205、ASTM G151、ASTM G154、ASTM G155、SAE J2020
涂層老化測試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM D3794、ASTM D3451、ASTM D3794、ASTM D4587、以色列330、385、935、1086號標(biāo)準(zhǔn)、韓國M598-1990標(biāo)準(zhǔn)、NACE ASTM D6695、ISO 11341標(biāo)準(zhǔn)TM-01-84、日產(chǎn)M0007標(biāo)準(zhǔn)
藝術(shù)家使用的印刷油墨/材料
ASTM D3424、ASTM D4303、ASTM D5010、ISO 12040
塑料產(chǎn)品老化試驗標(biāo)準(zhǔn)
ASTM D2565、ASTM D4459、ASTM D4101、ASTM D5071、ASTM D4329、ASTM D4674、ASTM D5208、ASTM D1248、DIN 53 384、ISO 4892
膠粘劑測試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM C1442、ASTM C24.35、ASTM D904、ASTM D5215
老化測試結(jié)果的評估
通過加速老化試驗箱可以獲得良好的耐久性數(shù)據(jù)。但你必須認(rèn)識到，你得到的數(shù)據(jù)是比較數(shù)據(jù)，而不是新數(shù)據(jù)。你可以從實驗室的老化測試中得到一種材料與另一種材料相比的相對耐久性等級的可靠顯示。事實上，同樣的說法也可以適用于佛羅里達(dá)暴露試驗。沒有人知道在朝南5的室外“黑匣子”中暴露一年和在房間或汽車中老化一年的比較結(jié)果。即使是室外測試也只能給出實際工作周期的相對指示。
然而，比較數(shù)據(jù)也可以較有效。比如，你會發(fā)現(xiàn)，設(shè)計上的微小變化，可能會讓標(biāo)準(zhǔn)材料的耐用性延長2倍?；蛘吣赡軙l(fā)現(xiàn)許多供應(yīng)商提供的外觀相同的材料，其中一些老化很快，大多數(shù)需要中等時間才能老化，少數(shù)經(jīng)過更長時間的暴露后就會老化?；蛘吣銜l(fā)現(xiàn)，價格更低的設(shè)計，和標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的耐用性是一樣的，在實際使用壽命中有令人滿意的表現(xiàn)，比如5年。
