一文了解材料耐候老化测试-电子发烧友网

高分子材料老化现象

高分子材料在其整个生命周期，包括合成、贮存、加工以及最终应用阶段，都面临着变质的风险，这种变质表现为材料性能的恶化。具体而言，可能出现泛黄、相对分子质量降低、制品表面龟裂、光泽丧失等问题，更为严重的是力学性能的大幅下降，如冲击强度、挠曲强度、拉伸强度和伸长率等，从而影响制品的正常使用，这种现象被称为塑料的化学老化，简称老化。从化学角度来看，无论是天然还是合成的塑料材料，都具有一定的分子结构，其中存在一些弱键，这些弱键容易成为化学反应的突破口。塑料老化的本质是一种化学反应，以弱键发生化学反应（如氧化反应）为起点，引发一系列化学反应，导致高分子材料的分子结构改变、相对分子质量下降或产生交联，最终使材料性能变坏，无法使用。

常见的致老化因素包括热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等，这些因素可以单独作用，也可以共同作用。

其中，热和紫外光是最常见的致老化因素，因为塑料在生产、贮存、加工到制品使用过程中，接触最多的环境便是热和阳光（紫外光），研究由这两类环境造成的塑料老化对实际操作者具有特别重要的意义。

原理及聚合物最大活化波长

光降解是塑料老化的重要机制之一。当塑料暴露在光照环境中，光能被材料吸收，引发一系列化学反应，导致材料性能下降。不同聚合物对光的吸收和反应能力存在差异，每种聚合物都有其特定的最大活化波长。当光波长达到该聚合物的最大活化波长时，聚合物分子结构中的化学键更容易被激发，从而引发光降解反应。了解常见聚合物的最大活化波长，有助于预测和评估材料在光照条件下的老化行为，为材料的筛选、配方设计以及老化防护措施的制定提供理论依据。

老化测试的重要性及目的

1. 材料与配方筛选

通过老化测试，可以评估不同材料或配方在特定环境条件下的耐老化性能，从而为产品的选材和配方优化提供依据，选择出更适合的材料和配方，以满足产品的使用要求和使用寿命。

2. 竞争对手比较

老化测试可以用于比较不同品牌或不同批次材料的耐老化性能，帮助企业在市场竞争中了解自身产品与竞争对手产品的优劣，从而有针对性地改进产品性能，提高市场竞争力。

3. 寻求失效机理

通过对老化后的材料进行分析，可以揭示材料在使用过程中失效的原因和机理，为改进材料性能、延长使用寿命提供指导。

4. 提高耐老化性能

老化测试结果可以为材料的改性、添加剂的选择和使用提供参考，帮助研发人员采取有效的措施提高材料的耐老化性能，如添加光稳定剂、抗氧化剂等。

5. 寿命预估

基于老化测试数据，结合加速老化模型和相关理论，可以对材料的使用寿命进行预估，为产品的设计、使用和维护提供科学依据，降低因材料老化导致的产品失效风险。

户外暴晒老化测试的优缺点

1.优点：吻合性好、简单易操作、成本低。2.不足：周期长、全球气候多样性、样品敏感性不一致。

人工气候检测老化方法

1.碳弧灯光老化试验方法

碳弧灯是一种较古老的技术，最初被用于评估被染纺织品的耐光度。由于碳弧灯技术的历史较长，早期的人工模拟光老化技术多采用该设备。

2.氙灯光老化试验方法

氙弧灯是一种能够模拟完整全太阳光光谱的光源，包括紫外光、可见光和红外光光谱。经过过滤的氙弧灯是测试颜料、染料和油墨等产品光稳定性的最佳光源，这些产品对太阳光中的长波光和可见光较为敏感。氙弧灯的一个显著优点是可以精确调节其光谱能量分布，能够模拟各种自然光条件，从大气层外的太阳光到透过玻璃窗的日光等。此外，通过改变氙灯的辐照强度、温度、湿度等参数，还可以模拟不同产品的使用环境，如汽车内外等。氙灯不同辐照度与自然光的光谱对比，其中光强0.55 W/m²与自然光最为相近。目前，使用氙灯进行人工加速老化试验已成为一种首选的、通用的光老化试验方法，并且相应的氙灯老化试验方法标准也很多，如ISO、ASTM、SAE J、GM等。

3.紫外荧光灯光老化试验方法

荧光紫外灯是一种特殊的光源，其基本原理是利用低压汞灯发出的254nm波长的紫外光，通过加入磷共存物将其转换成较长的波长。荧光紫外灯的能量分布取决于磷共存物产生的发射光谱和玻璃管的传播特性。荧光紫外灯分为UVA和UVB两种类型，不同的暴露应用决定了应选择哪一类的紫外灯管。UVA灯管对于比较不同类型的聚合体测试特别有用，因为它们没有任何低于正常阳光的295纳米截止点的输出，通常使材料的降解速度不如UVB灯管快，但能得到对实际户外老化的更好相关性。

UVA-340：

可在临界短波的365纳米下至阳光截止点295纳米的区域内提供对阳光最佳的仿真，峰值发射在340纳米，对于不同配方的比较测试特别有用。

UVA-351：

模仿穿过窗玻璃的阳光的紫外线部分，对室内应用最有效，特别是复制在窗口环境下发生的聚合体损失，常用于家电涂料与汽车内部涂料应用。

UVB-313EL：

是用作UVB暴露的最为广泛使用的QUV灯管，对非常耐用的产品，如汽车涂料和屋顶材料测试的最大化加速非常有用，也常用于QC应用，是原始的QUV灯管。

QFS-40：

灯管已被使用多年，仍被指定用于许多测试方法，特别是汽车涂料类的使用，在QUV/基本型中得到最佳应用。

4.金属卤素光老化试验方法

金属卤素灯是一种气体放电灯，通过金属卤化物通电可以提供与直射和散射非常相似的光谱能量分布。金属卤素灯的光谱分布与地球表面接收到的太阳光非常相似，但由于其规模较大，主要适用于汽车整车及其零部件、电工电子产品等大型设备的人工光老化加速试验。

光老化测试相关标准

ASTM G154/G53：