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日晒加速老化测试中焦耳数等效存在的问题-湿度

发布于:2019-05-07T10:05:46 阅读次数:634

日晒加速老化测试中焦耳数等效无法用于解决实验室加速老化测试与自然老化测试的时间换算(更多关于实验室加速老化测试与自然老化时间换算的问题,详见《试验机加速老化时间与户外老化时间应该如何换算?》),原因在于焦耳数等效方法并未完全考虑光谱、湿度、温度等影响因素。

众所周知,潮湿对聚合物户外和实验室老化测试起着非常重要的作用。在户外曝晒中,季节不同、样品安装方法不同以及曝晒地点不同,潮湿的影响也不同。例如,样品在佛罗里达曝晒比在亚利桑那曝晒,遭受的潮湿侵蚀要大的多。在实验室加速测试中,操作者可以选择差别很大的潮湿循环。同时,不同的试验箱模拟潮湿的形式也不同。荧光紫外试验机通过热冷凝的方式实现潮湿侵蚀,而氙灯或碳弧灯试验箱采用冷喷淋的形式。

为了说明在相同焦耳数下,潮湿如何影响材料的老化,把不同的材料暴露在G53标准规定的荧光紫外试验机中,分别运行下面不同的循环:

循环A 4 h 紫外光照, 4 h 冷凝
循环B 4 h 紫外光照, 4 h干燥黑暗(无冷凝)
循环C4 h 冷凝, 4 h 干燥黑暗 (无紫外光照)

 为了排除波长的影响,所有曝晒都使用UVA - 340灯管,340 nm处的辐照度都设定为1.35W/m2。为了排除温度的影响,所有曝晒的温度都保持在50°C。

潮湿对环氧涂层失光的影响

图1-潮湿对环氧涂层失光的影响。没有潮湿作用的曝晒相比有潮湿作用的曝晒,需要大约200%的焦耳数才能对材料产生大概相同的失光效果。

图1显示潮湿对环氧涂层失光的影响。在这个例子中,没有潮湿作用的循环需要大约两倍的焦耳数,才能对材料产生与有潮湿作用的循环大概相同的失光效果。图2显示对于聚氨酯涂层,数据是相似的。有潮湿作用的循环每焦耳对材料产生的老化至少是没有潮湿作用的循环的500%。再次证明,材料的老化与焦耳数之间不是相互对应的。

潮湿对聚氨酯涂层失光的影响

图2-潮湿对聚氨酯涂层失光的影响。相同焦耳数,材料产生的老化并不相同。

紫外光照和潮湿的共同作用-图3增加了4h冷凝和4h干燥黑暗循环的数据。然而,因为在这个新的循环中没有紫外光照,在图中不可能描述光泽和焦耳数之间的关系。所以我们描述了光泽与曝晒时间之间的关系,在这个例子中,样品的光泽没有明显改变。请注意,不管是在没有紫外光照的循环中,还是在没有潮湿的循环中,材料的光泽都没有发生明显变化。只有潮湿和紫外光照共同作用,才引起材料明显的光泽变化。因为紫外光照是伴随潮湿作用共同对材料产生影响,所以仅用焦耳数来定义曝晒时间显然是毫无意义的。

潮湿和紫外光照共同作用

图3-潮湿和紫外光照共同作用,对材料的失光产生影响

潮湿不但确实影响材料发生老化的速率,而且也影响材料发生老化的类型。图4显示尼龙样品的黄变与焦耳数之间的关系。没有潮湿作用的测试循环使材料发生黄变,而有潮湿作用的循环使材料的颜色向相反的方向变化。材料的目测结果表明有潮湿作用的循环使材料的表面发生粉化,而没有潮湿作用的循环没有引起这种变化。像这种例子,用焦耳数来定义材料的老化是没有任何意义的,因为在相同焦耳数曝晒下,相同的样品因为是否受到潮湿的作用而显示了截然不同的老化类型。

因为潮湿的影响,显示了不同的老化类型。

图4-受相同焦耳数的曝晒,相同的尼龙样品因为潮湿的影响,显示了不同的老化类型。

同时要注意,潮湿并不总是引起材料发生老化的重要因素。图5显示对于聚苯乙烯材料,潮湿并不影响材料发生黄变的速率。在本例中,340nm处的焦耳数确实可以很好地测量老化因素。另一方面,通常使用的测试时间也可以用于测试计时。

潮湿循环对于聚苯乙烯材料发生黄变的影响

图5-潮湿循环对于聚苯乙烯材料发生黄变的影响。在本例中,潮湿并不影响材料发生老化的速率

以上数据表明,暴露在相同焦耳数下的相同材料,湿度不同会引起不同的老化速率和类型。因为这个原因,不建议用焦耳数来定义曝晒时间,因为可能潮湿循环不同。