一、實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)的必要性

塑料、橡膠、涂料等高分子材料暴露在自然氣候條件和光照輻射過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)失光、褪色、泛黃、剝落、開(kāi)裂、喪失拉伸強(qiáng)度和整層脫落等老化現(xiàn)象，即使是室內(nèi)光線或者透過(guò)窗玻璃的陽(yáng)光也會(huì)對(duì)諸如顏料或染料之類的物質(zhì)造成損害，自然界的陽(yáng)光和濕氣對(duì)材料的破壞，每年造成難以估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失,因此對(duì)于戶外使用的建筑外用涂料和汽車涂料等，其耐候性已成為重要的檢測(cè)項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在評(píng)價(jià)涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然老化試驗(yàn)或氙燈老化試驗(yàn)、紫外光老化試驗(yàn)等人工加速氣候老化試驗(yàn)的方法。自然老化無(wú)疑是最重要最可靠的老化試驗(yàn)方法。其主要原因是自然氣候老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際。雖然我們可以在任何地方進(jìn)行自然氣候老化試驗(yàn)，但國(guó)際上比較認(rèn)可的試驗(yàn)場(chǎng)地是美國(guó)的佛羅里達(dá)，因?yàn)槠潢?yáng)光充足。但是，由于自然老化周期相對(duì)較長(zhǎng)，不同年份、季節(jié)、地區(qū)氣候條件的差異性導(dǎo)致了試驗(yàn)結(jié)果的不可比性；即使是佛羅里達(dá)，氣候也不可能年復(fù)一年的完全相同，故試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性不理想。正是因?yàn)樵囼?yàn)的可比性和結(jié)果的再現(xiàn)性制約著自然老化試驗(yàn)的發(fā)展。

人工加速老化試驗(yàn)?zāi)M強(qiáng)化了自然氣候中的某些重要因素，如陽(yáng)光、溫度、濕度、降雨等，縮短了老化試驗(yàn)的周期，且由于試驗(yàn)條件的可控性，試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性強(qiáng)。試驗(yàn)機(jī)提供的測(cè)試數(shù)據(jù)在對(duì)新材料的選擇、對(duì)現(xiàn)有材料的改進(jìn)或評(píng)估影響產(chǎn)品耐用性的組成變化等方面有極大的幫助并且可以極好地預(yù)測(cè)產(chǎn)品將在戶外遭遇的變化。人工加速老化作為自然老化的重要補(bǔ)充，廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究、開(kāi)發(fā)、檢測(cè)。

二、試驗(yàn)對(duì)比的目的

廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司作為建筑鋁型材行業(yè)的龍頭企業(yè)一直以來(lái)積極參加相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制，為了使我們的產(chǎn)品不但能符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，更要提高客戶對(duì)我們的滿意度。我們實(shí)驗(yàn)室在按現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的同時(shí)，也不斷開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，尋求最高效的內(nèi)部監(jiān)控手段。建筑鋁型材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB5237.4于2008年正式改版，并于2009年開(kāi)始全面實(shí)施。我們就粉末噴涂耐候性進(jìn)行了三項(xiàng)人工加速老化試驗(yàn)相關(guān)性的研究，其中包括：氙燈老化試驗(yàn)：Q-Sun 1000小時(shí)、紫外光老化試驗(yàn)：UVA 3000小時(shí)、紫外光老化試驗(yàn)：UVB 300小時(shí)。

三、試驗(yàn)方法的介紹

我們一共選取了18個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，樣品顏色類同，每個(gè)試樣分別鋸三個(gè)試板進(jìn)行三項(xiàng)老化測(cè)試。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)GB5237.4-2008中已經(jīng)明確規(guī)定了氙燈試驗(yàn)時(shí)間為1000小時(shí)，因此我們?cè)诒緦?shí)驗(yàn)中不再作多個(gè)時(shí)間段的檢測(cè)，只在最終點(diǎn)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)；紫外燈（UVA-340）老化試驗(yàn)總時(shí)間為3000小時(shí)，每500小時(shí)作一次性能評(píng)價(jià)；紫外燈（UVB-313）老化試驗(yàn)總時(shí)間為300小時(shí), B燈破壞力較強(qiáng)，所以只做300小時(shí)的短時(shí)間性能測(cè)試，每100小時(shí)作一次性能評(píng)價(jià)。性能評(píng)價(jià)以保光率（%）和試驗(yàn)前后的色差（△E*ab）為主。

1、氙燈老化試驗(yàn)：

試驗(yàn)時(shí)間：1000小時(shí)

循環(huán)周期：光照102min；光照+純水噴淋18min

實(shí)驗(yàn)室溫度：38℃±3℃

黑板溫度：65℃±2℃

濕度控制：50%

氙弧輻射試驗(yàn)被認(rèn)為是最能模擬全太陽(yáng)光譜的試驗(yàn)，因?yàn)樗墚a(chǎn)生紫外光、可見(jiàn)光和紅外光。正因?yàn)槿绱?，在?guó)內(nèi)外被認(rèn)為是最廣泛采用的方法。GB/T1865（等同于IS0113411:1994）詳細(xì)地介紹了這種方法。氙弧燈光源穩(wěn)定性帶來(lái)試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性使這種方法有所局限，但能通過(guò)提高更換燈管的頻度或者可用傳感器控制輻照度以減輕燈光老化的影響。盡管存在因燈老化引起的光譜能量分布變化，氙弧燈仍不失作為耐候性和耐日光照射試驗(yàn)的一種可靠的和反映實(shí)際的光源。試驗(yàn)在模擬潤(rùn)濕條件時(shí)采用水噴淋和溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。水噴淋方法的局限是當(dāng)溫度相對(duì)較低的水噴到溫度相對(duì)較高的試板上時(shí)，試板會(huì)冷卻下來(lái)，這會(huì)使材料遭破壞的過(guò)程減緩。

2、紫外燈（UVA-340）老化試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)間：3000小時(shí)

循環(huán)周期：光照8小時(shí)（60℃）；冷凝4小時(shí)（50℃）

紫外光燈照射老化試驗(yàn)利用熒光紫外光燈模擬太陽(yáng)光對(duì)耐久性材料的破壞性作用。這與前面提到的氙弧燈有區(qū)別，熒光紫外燈在電學(xué)原理上與普通的照明用冷光日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見(jiàn)光或紅外光線。UVA-340型的燈在主要的短波長(zhǎng)紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽(yáng)光,其光譜能量分布（SPD）與從太陽(yáng)光譜中360nm處分出的光譜圖很近似。

3、紫外燈（UVB-313）老化試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)間：300小時(shí)

循環(huán)周期：光照8小時(shí)（60℃）；冷凝4小時(shí)（50℃）

UV-B型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗(yàn)用燈。它比UV-A型燈對(duì)材料的破壞速度更快，所以我們只選取了300小時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間。UV-B型燈比360 nm更短的波長(zhǎng)能量輸出對(duì)很多材料會(huì)造成偏離實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果。

使用紫光燈老化試驗(yàn)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)在于它能夠模擬較為符合實(shí)際的室外潮濕環(huán)境對(duì)材料的破壞作用。材料置于室外時(shí)，據(jù)統(tǒng)計(jì)每天至少有12 h頻繁地遭受潮濕作用。因?yàn)檫@種潮濕作用大多表現(xiàn)為凝露的形式，因而在加速人工氣候老化試驗(yàn)中采用一個(gè)特殊的冷凝原理來(lái)模仿室外潮濕。在這樣的冷凝循環(huán)過(guò)程中，要加熱試驗(yàn)箱底部的水槽以產(chǎn)生蒸汽。熱蒸汽保持試驗(yàn)箱的環(huán)境在高溫下有100％相對(duì)濕度。試驗(yàn)箱設(shè)計(jì)使試板實(shí)際上構(gòu)成試驗(yàn)箱的側(cè)壁。這樣試板的背面暴露在室溫的室內(nèi)空氣下。室內(nèi)空氣的冷卻作用使被測(cè)的試板表面的溫度比蒸汽溫度降低幾度。這幾度的溫差可使水在冷凝循環(huán)過(guò)程中連續(xù)不斷地降到被測(cè)試表面。

我們實(shí)驗(yàn)室所用的冷凝水是性質(zhì)穩(wěn)定的純水。純水能提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性，排除水沉積物污染問(wèn)題并且簡(jiǎn)化試驗(yàn)設(shè)備安裝和操作。

四、試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

1、氙燈1000小時(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理

圖1

圖2

圖3

圖4

3、紫外燈（UVB-313）300小時(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)整理

圖5

圖6

五、數(shù)據(jù)分析總結(jié)

由試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分布圖顯示得知氙燈1000小時(shí)老化試驗(yàn)保光率在80%-100%之間，色差（△E*ab）在0.10-0.40之間； 3000小時(shí) UVA-340老化試驗(yàn)里面，500小時(shí)、1000小時(shí)的保光率也能較均勻地分布在80%-100%之間，其中500小時(shí)和1000小時(shí)的數(shù)據(jù)分布曲線與氙燈1000小時(shí)的相似，再看色差（△E*ab）分布圖，只有500小時(shí)的色差（△E*ab）在0.20-0.60之間，其余曲線均遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離氙燈1000小時(shí)的色差范圍； 300小時(shí) UVB-313老化試驗(yàn)中只有100小時(shí)的保光率和色差曲線在80%-100%和0.10-0.40之間。由此可見(jiàn)紫外燈500小時(shí)UBA-340和100小時(shí)UVB313的試驗(yàn)結(jié)果都接近于氙燈1000小時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果。

六、結(jié)語(yǔ)

本文介紹了建筑鋁型材行業(yè)常用的幾種人工加速老化試驗(yàn)，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析各種老化試驗(yàn)的相關(guān)性。GB5237.4-2008規(guī)定涂層耐老化試驗(yàn)方法是氙燈加速老化，但在國(guó)外氙燈加速老化和紫外光老化試驗(yàn)都是應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)方法，這兩種方法是基于完全不同的原理，氙燈加速老化試驗(yàn)箱仿制全部的太陽(yáng)光譜，包括紫外光、可見(jiàn)光和紅外光，其目的是模擬太陽(yáng)光照。紫外光老化試驗(yàn)并不能更好仿效太陽(yáng)光線，而是模仿太陽(yáng)光的破壞效果。長(zhǎng)期在室外暴露的耐久性材料，受短波紫外光照射引起的老化損害最大。究竟哪種試驗(yàn)方法是最好的呢?沒(méi)有確切的答案。選擇哪種方法取決于要測(cè)試的材料，材料的最終應(yīng)用場(chǎng)合等因素。各項(xiàng)加速老化試驗(yàn)都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，我們通過(guò)試驗(yàn)尋找出它們的相關(guān)性，希望能產(chǎn)品種類和產(chǎn)量不斷增多的情況下，能隨時(shí)選擇高效的試驗(yàn)，從而提高企業(yè)內(nèi)部監(jiān)控效率，確保質(zhì)量關(guān)，從而不斷提高客戶滿意度。