汽車高分子材料光老化試驗(yàn)方法的對(duì)比

01老化試驗(yàn)概念及原理材料老化是一種自然現(xiàn)象，老化試驗(yàn)主要是指針對(duì)橡膠、塑料產(chǎn)品、電器絕緣材料及其他材料進(jìn)行的熱氧老化試驗(yàn)，或者針對(duì)電子零配件、塑化產(chǎn)品的換氣老化試驗(yàn)。光老化試驗(yàn)是一種利用人造光源來(lái)模擬陽(yáng)光、下雨、凝霧等自然環(huán)境，進(jìn)而驗(yàn)證高分子材料對(duì)自然環(huán)境抵抗能力的試驗(yàn)方法。太陽(yáng)光主要由紫外線、紅外線和可見(jiàn)光組成，紅外線產(chǎn)生的熱效應(yīng)是造成高分子材料分子鍵斷裂、材料降解的主要因素，當(dāng)太陽(yáng)輻射綜合溫度、濕度氣候因素時(shí)，破壞效果更為明顯。02光老化試驗(yàn)方法目前，普遍使用的光老化試驗(yàn)方法主要有碳弧燈試驗(yàn)法、熒光紫外燈試驗(yàn)法、金屬鹵素?zé)粼囼?yàn)法、氙弧燈試驗(yàn)法。碳弧燈試驗(yàn)法碳弧燈分為兩種：紫外碳弧燈和陽(yáng)光碳弧燈。無(wú)論哪種碳弧燈，其光譜和真實(shí)的太陽(yáng)光光譜差別都很大。以前，人工模擬光老化技術(shù)多是使用碳弧燈技術(shù)，隨著技術(shù)的更新發(fā)展，人們有了更好的選擇，很多國(guó)家和企業(yè)不再使用，僅有日本還在沿用碳弧燈試驗(yàn)法。熒光紫外燈試驗(yàn)法熒光紫外燈試驗(yàn)法通過(guò)調(diào)整燈管的功率，達(dá)到加快試驗(yàn)進(jìn)度目的，可快速對(duì)高分子材料進(jìn)行初步篩選。因熒光紫外燈所產(chǎn)生的光照僅存于地球的表面，且這種輻射能量在自然光中沒(méi)有。由于熒光紫外燈只能通過(guò)箱體控制溫度，缺乏較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜能量，對(duì)于某些對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的紫外能量敏感的材料而言，這種試驗(yàn)方法則不太適用。金屬鹵素?zé)粼囼?yàn)法金屬鹵素?zé)籼峁┑墓庾V能量分布和實(shí)際太陽(yáng)光較為相似。利用金屬鹵素?zé)魜?lái)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果溯源性更高。金屬鹵素?zé)舻牟蛔阍谟谄湓O(shè)備成本較高，因此，主要適用于整車等大型設(shè)備的人工光照老化試驗(yàn)，難以大面積推廣。氙弧燈試驗(yàn)法氙弧燈能產(chǎn)生紫外光、可見(jiàn)光和紅外光，氙弧燈的光譜能量分布與陽(yáng)光中的紫外光和可見(jiàn)光部分最相似，同時(shí)它的使用壽命也長(zhǎng)。為了讓氙弧燈光更好地模擬地球表面的自然暴露，在試驗(yàn)時(shí)，一般會(huì)變換濾鏡的組合，通過(guò)這種方法使照射到樣品的光譜和自然暴露的陽(yáng)光更接近，從而達(dá)到模擬戶外和戶內(nèi)的光照老化，濾鏡可使用硼硅玻璃、鈉鈣玻璃和石英玻璃等。03光老化試驗(yàn)原則為使光老化試驗(yàn)與自然老化盡量一致，在進(jìn)行光老化試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則。光譜相似為了避免材料的非自然光老化現(xiàn)象，試驗(yàn)時(shí)所用光源產(chǎn)生的紫外線波長(zhǎng)要和實(shí)際使用條件下的波長(zhǎng)相同，光源的光譜與太陽(yáng)光譜相似。如果相異，即波長(zhǎng)過(guò)高或過(guò)低，都可能會(huì)引起材料的非自然光老化現(xiàn)象。溫度和濕度適宜試驗(yàn)中，溫度或濕度過(guò)高都可能引起材料非自然的變化，因此，溫度和濕度不能超過(guò)自然暴曬試驗(yàn)的最高值。周期及溫度循環(huán)自然暴露的樣品會(huì)經(jīng)歷春夏秋冬四季的變換和晝夜的更替，隨著季節(jié)變換和晝夜更替，溫度會(huì)時(shí)高時(shí)低，暴露的樣品就會(huì)產(chǎn)生周期性的膨脹和收縮的現(xiàn)象，從而引起老化，因而在試驗(yàn)時(shí)也要考慮這種情況。04老化結(jié)果的評(píng)估老化結(jié)果的評(píng)估可采用外觀狀態(tài)評(píng)估、顏色光學(xué)參數(shù)評(píng)估、物理性能評(píng)估等方式，不同的材料要選用不同的評(píng)估方式，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。外觀狀態(tài)評(píng)估外觀狀態(tài)評(píng)估相較于顏色光學(xué)參數(shù)評(píng)估和物理性能評(píng)估而言，更加直接和方便，但外觀狀態(tài)評(píng)估主要依靠試驗(yàn)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，具有一定主觀性，不同的試驗(yàn)者可能會(huì)得出不同的結(jié)果?？蛻敉瑯右源藖?lái)判斷材料的外觀是否令人滿意，因此，評(píng)估結(jié)果的一致性很重要，一致性能減少因試驗(yàn)者的差異而帶來(lái)的不同結(jié)果，而且評(píng)估必須由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、有經(jīng)驗(yàn)的評(píng)估師來(lái)進(jìn)行。常見(jiàn)的老化試驗(yàn)外觀評(píng)價(jià)有褪色、水泡、粉化、褶皺、脫落、銹蝕、剝落、開(kāi)裂和裂紋等。評(píng)估師根據(jù)適當(dāng)?shù)牡燃?jí)對(duì)材料的變化進(jìn)行評(píng)級(jí)，通常按照美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（AmericanSocietyofTestingMaterials，ASTM）標(biāo)準(zhǔn)從0級(jí)到10級(jí)的等級(jí)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，0級(jí)為非常差（完全失效），10級(jí)為非常好（無(wú)變化）。對(duì)外觀狀態(tài)的評(píng)估還可使用儀器來(lái)測(cè)量，儀器測(cè)量結(jié)果相對(duì)于試驗(yàn)者目測(cè)更客觀。儀器測(cè)量能排除人為偏差的可能性，而且試驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)。同時(shí)，連續(xù)的儀器測(cè)量數(shù)值方便試驗(yàn)者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如對(duì)光澤、鮮映性，即影象清晰度（DistinctnessOfImage,DOI）和顏色的評(píng)估方面，均可使用光電儀器進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行儀器測(cè)量時(shí)應(yīng)對(duì)被測(cè)量的材料表面污物等清洗干凈。否則，儀器測(cè)量的是污物而不是真正的材料表面。顏色評(píng)估研究顯示，材料的顏色不同，其對(duì)光的敏感程度也不同。敏感程度不同，就會(huì)導(dǎo)致表面溫度不同，從而影響后續(xù)的物理化學(xué)物反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致材料老化方式的差異，因而用儀器法測(cè)量顏色是所有光電測(cè)量方法中最復(fù)雜的。顏色測(cè)量即把一束光照射在樣品表面，然后收集樣品反射光。通過(guò)反射光光譜用來(lái)迅速記錄被測(cè)物體的顏色。大部分顏色儀器測(cè)量法采用L*a*b*色空間來(lái)定義顏色。L*值表示亮度，a*表示紅綠坐標(biāo)軸，b*值表示黃藍(lán)坐標(biāo)軸。光亮度因子（L*）從0到100，其中0=黑色，50=灰色，100=白色，隨著數(shù)值增大，顏色由淺變深。紅綠因子（a*）指呈現(xiàn)紅色或綠色，當(dāng)a*是正數(shù)，表示被測(cè)材料的顏色是紅色，數(shù)值越大，物體的顏色越紅；當(dāng)a*是負(fù)數(shù)，表示被測(cè)材料的顏色是綠色，負(fù)數(shù)的數(shù)值越大，物體的顏色越綠；當(dāng)a*為0時(shí)，表示材料的顏色介于紅色和綠色之間。藍(lán)黃因子（b*）指物體呈現(xiàn)黃色或藍(lán)色，當(dāng)b*是正數(shù)，表示被測(cè)材料的顏色是黃色，數(shù)值越大，物體的顏色越黃；當(dāng)b*是負(fù)數(shù)，表示被測(cè)材料的顏色是藍(lán)色，負(fù)數(shù)的數(shù)值越大，物體的顏色越藍(lán)；當(dāng)b*為0時(shí)，表示材料的顏色介于黃色和藍(lán)色之間。通過(guò)比較暴露前后L*、a*、b*數(shù)值的不同來(lái)計(jì)算顏色的變化。用△來(lái)表示數(shù)值之間的不同，也就是用現(xiàn)在的測(cè)量值減去初始值。△L代表光亮度的變化，△a和△b表示顏色變化。如+△L表示顏色變得更亮，+△a表示紅色加深，綠色變淺。物理性能評(píng)估除了外觀和顏色評(píng)估外,材料在老化過(guò)程中還存在其他方面的變化，如力學(xué)性質(zhì)的損失等物理性能變化。材料力學(xué)性質(zhì)的損失具有差異性，這是因?yàn)椴牧媳旧淼慕到鈾C(jī)理和降解滲透程度等不同。如果材料形態(tài)發(fā)生變化或表面發(fā)生改變，但材料表面沒(méi)有裂紋，那么材料的拉伸強(qiáng)度下降,延伸率幾乎保持不變。如果材料表面出現(xiàn)裂縫,且是切敏性材料，那么材料的拉伸強(qiáng)和延伸率都會(huì)下降。比較常用的物理性能試驗(yàn)項(xiàng)目有拉伸強(qiáng)度、彎曲程度、硬度額附著力等。因此，材料物理性能的變化不僅和光、水、溫度等環(huán)境因素有關(guān)，還和材料本身的特性和材料幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。05結(jié)論四種不同類型的光老化試驗(yàn)方法各有優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行光老化試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循光源的光