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利用紫外光冷凝老化试验箱测试老化对铝粉颜料材料性能的影响

发布于:2022-09-20
相关标签: QUV紫外老化

摘要

铝薄片产品已被用于塑料工业的各种成品中。随着应用类型扩展到户外使用,需要更多关于这些产品的耐候性和结果完整性的信息。虽然公认铝片(本身)不会受到老化的很大影响,但是对于使用这些颜料的暴露材料的最终物理性能还没有进行太多的讨论。

这项研究的重点是几种铝片产品的使用,这些产品与不同的聚合物混合,并置于暴露和未暴露的条件下。变量包括颗粒大小、递送形式和类型、浓度、紫外线稳定剂添加和选择的聚合物。ASTM拉伸棒和夏比棒被模塑用于各种试验,每组的样品暴露于加速老化。在规定的时间和条件设定后,测试所有样品的夏比冲击强度和拉伸强度及伸长率。比较暴露和未暴露样品的测试结果,以确定模制聚合物加速老化的基本趋势。

记录的数据揭示了有趣的信息。在一些观察到的情况下,铝片可以被认为是防止加速老化条件的一种方法。因此,这一特征潜在地为这种颜料提供了附加值。

背景资料

关于铝颜料的使用,外观和功能是关注的问题,因为它们是使用铝薄片产品的主要原因。美学上的变化可以通过模拟或自然的方式暴露在老化环境中,并确定颜色的变化来检查。对于油漆中使用的铝片产品已经进行了大量的研究。同样,对老化对模制件颜色的影响也进行了研究。这些报告中的数据涉及色彩偏移或胶片完整性。然而,老化对使用铝颜料的模制塑料的物理性能的影响还没有被广泛检查或公布。

已经提出了一种关于这些情况的机制和潜在结果的理论。有人认为薄片材料可以反射光线,防止零件内部受损。聚合物的任何分解只会发生在表面层。这也表明中间聚合物可能受到两次影响,一次在进入时,另一次在反射时。

出于简单性、资源可用性的目的,以及为进一步的努力创造一个简单的基础,变量的选择范围缩小了。所涉及的材料是根据处理、一般用途和范围的原因选择的。资源和设备仅限于可用的和可以随时使用的。所用设备的培训和技术是基本的,有时会进行修改,以保持研究的简单和简短。此外,所看到的数据为未来的研究提供了一个起点。基于这里观察到的结果,可以改变和选择所使用的任何变量。

铝片产品被制造成各种颗粒尺寸,并通过激光散射测量其各自的平均颗粒尺寸D(50)进行分类。这种颗粒尺寸的趋势是尺寸与不透明度的反比关系:D(50)越低,不透明度越高。在本研究中,通过选择两种具有明显不同尺寸(14微米和45微米)的薄片类型来检验该特征。理论上,更小的薄片尺寸应该提供更好的覆盖,因此可以提供更好的保护。

以相关的方式,检查铝制品的装载水平。每种聚合物的浓度分别为1%、3%和5%。选择这些水平是因为它们在美学和功能应用中都是常见的。通过负荷的变化,可以观察到浓度与给定保护水平的关系。

还考虑了薄片的输送形式。出于安全考虑,不建议将干铝颜料和基于矿油精的产品添加到塑料加工中。研究了固体载体,因为它们能够用于各种树脂,并且使用了相应于3%铝片的负载水平。行业中两种常见的载体类型(0.75%的丙烯酸树脂;和1.28%的PE蜡)作为添加剂质量和通过加入的铝片产品进行检验。由于不相容性,丙烯酸树脂没有用于涉及聚丙烯的试验。此外,由于一些加工问题,此时没有研究液体载体的使用。

研究中包括一种紫外线稳定剂,以确定其与铝颜料、载体和未填充树脂相比的保护水平。与载体添加剂一样,稳定剂仅在一种负载水平(0.5%)下使用。紫外线稳定剂是在原始树脂和14微米薄片类型和载体中复合而成的,用于单独系列中的每种聚合物。

所选的聚合物领域被缩小到三种用于户外产品的常见类型:聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。聚丙烯代表聚烯烃材料;聚碳酸酯,作为基于一种单体类型的工程树脂;和ABS作为共聚物(三元共聚物)工程树脂。每种塑料都通过填充和未填充试验进行测试。

最后,使用QUV紫外光冷凝老化试验箱UVB 313B光和100%湿度循环加速老化,并根据ASTM D4329进行建模。由于本研究的重点是确定塑料老化暴露的基本趋势,因此更短的时间框架是可取的——在既定条件下暴露100小时。QUV紫外光冷凝老化试验箱适用UVB 313灯为相关部件提供了破坏性的加速曝光。然后将老化样品与未暴露部分进行比较。

实验性

实验按照高分子分为三组。根据表1所列的含量,所有材料都与PP、PC或ABS混合。对于聚丙烯,没有使用丙烯酸树脂进行试验。通过1 1/4英寸的单螺杆挤出机(25∶1螺杆)进行混合。使用55吨注塑机将所得化合物模塑成ASTM D6110/ISO 179 & ASTM D638部件。

表1试验样品含量

对每个聚合物实验的样品进行夏比能量(J)、拉伸强度(MPa)和拉伸伸长率(ASTM D6110/ISO 179 & ASTM D638)测试。这些数据成为暴露于既定加速老化条件下的零件的基本比较。

每个实验的样本也被放入QUV紫外光冷凝老化试验箱。使用的条件模拟自ASTM 4329(70C时8小时紫外线;然后4小时无紫外线,100%湿度@ 50C),紫外线313B持续100小时)。暴露后,测试零件的夏比能量(J)、拉伸强度(MPa)和拉伸伸长率。将这些数据与未暴露试验的相应结果进行比较。

结果

聚丙烯试验:

特别值得注意的是,紫外线稳定剂不会在很大程度上降低性能,如果有的话。此外,它似乎可以保护透明PP中暴露部分的属性。PE蜡载体在暴露和未暴露的情况下(拉伸除外)为PP提供一定程度的属性保留。

聚丙烯老化测试试验后的测试结果

在夏比和拉伸试验中,铝片产品似乎提供了类似于添加紫外线稳定剂的耐候性保护水平。这种保护在添加时是显而易见的,并且在着色部分的保持力比已经暴露的透明聚合物高得多。较小的颗粒尺寸似乎比较大的薄片尺寸更好地保护零件,支持了颗粒尺寸在老化保护中起关键作用的观点。

QUV老化试验箱对铝着色聚丙烯的影响

暴露的着色部分的拉伸伸长率不像未暴露的部分那样保留。然而,片状产品比透明聚丙烯提供了一些保护。紫外线稳定剂有助于保护;然而,稳定剂也改变了未曝光样品的这种性质。

QUV老化试验箱对铝颜料聚丙烯拉伸强度的影响

聚碳酸酯试验:

关于添加剂对夏比能量的影响,紫外线稳定剂、聚乙烯蜡和丙烯酸树脂对性能没有太大影响。注意到的趋势是夏比能量略有下降。对于拉伸强度,紫外线稳定剂、聚乙烯蜡和丙烯酸树脂也不会对性能产生很大影响。注意到的趋势是强度略有增加,暴露的PC显示下降。对于拉伸伸长率,聚乙烯蜡和丙烯酸树脂对性能有显著影响。两种载体类型都允许暴露的样品有较小的伸长。只有通过添加紫外线稳定剂,才能看到与未曝光部分相当的伸长率。

聚碳酸酯老化测试试验后的结果

在Charpy试验中,紫外线稳定剂降低了暴露和未暴露样品的冲击能量(见上文2)。铝片产品不能提供太多的防暴露保护,因为从透明PC中观察到减少。有限的保护作用在添加时是显而易见的,增加添加量会降低性能保持率。无论载体或暴露程度如何,较大的颗粒尺寸似乎在暴露和未暴露的样品中提供了更好的性质保留。在该聚合物试验中,颗粒尺寸和保护之间的关系没有建立。

铝/聚乙烯蜡着色PC(有无稳定剂)的耐候性比较:Charpy数据

对于抗拉强度,紫外线稳定剂的添加在载体类型和曝光组中都增加了这个值。在曝光和未曝光的情况下,铝片在聚乙烯蜡试验中提供了相当数量的保护,而在丙烯酸试验中则提供了相当数量的保护。颗粒大小似乎又是一个因素,较小的 颗粒大小似乎又是一个因素,较小的颗粒可以产生较高的强度值。

丙烯酸着色PC(有无稳定剂)的耐候性比较:Charpy数据

拉伸试验显示,在所有添加物和两组暴露中都有明显的性能损失趋势。观察到的影响在产品和/或添加剂的添加点是明显的。

ABS的试验:

对于所有的紫外线稳定剂和载体的添加,查比、拉伸强度和伸长率都有下降。这种趋势在两组曝光中都是一致的。伸长率显示出最大的变化。

ABS的老化测试试验结果

在添加铝片的Charpy测试中,所有未暴露的部件都产生了冲击能量,随着负载的增加而减少。当添加紫外线稳定剂时,同样的趋势继续。大多数添加了铝制品的暴露样品显示出比未添加的样品更多的性能保持,这一点随着颜料添加量的增加而略有增加。只有在较低的负载下,紫外线稳定剂才会在暴露的样品中提供更多的保留。暴露的样品中提供更多的保留。

暴露在外的未暴露的AVPE涂蜡ABS的耐候性比较:Charpy数据

对于拉伸强度,含有铝颜料和/或紫外稳定剂的未暴露样品显示出很小的性能值变化。与暴露的透明ABS相比,使用这些添加剂的暴露样品具有更多的保留。这种趋势也表明较小的颗粒尺寸和颜料浓度有助于这种益处。在较高的载荷下,强度与未暴露试验的强度相当,不考虑稳定剂的添加。

AL/丙烯酸酯着色的ABS(不含稳定剂)的耐候性比较:Charpy数据

拉伸伸长率测试显示暴露样品中的值降低。然而,这种趋势在暴露期间逆转,并且当使用小颗粒尺寸和更高浓度时,性能增加。紫外线稳定剂仅在较低的颜料浓度下提供更多的保护。

ALPE蜡着色ABS(有和没有稳定剂)的耐候性比较:拉伸强度

结论

通过本实验的观察,铝片产品可以在不同程度上为注塑件提供耐候保护。然而,保护程度取决于聚合物类型、添加剂、薄片大小和装载量。本报告中概述的效果和结果的机制尚未完全确定。观察到对一些提出的理论的支持,并且在大多数情况下可以看到一组趋势。总的来说,在特定情况下,铝薄片产品可以作为增值颜料提供。通过仔细的测试和配制,可以减少或消除稳定剂添加剂的使用,潜在地节省材料、劳动力和采购成本。