高分子材料在實際使用中,不可避免的會受到光照。比如戶外使用時會長期暴露于太陽光下,抑或是玻璃窗后的日光下。即使是在室內(nèi)使用,某些白色或淺色的電子電器外殼(如白色ABS、PC/ABS)用久了也會發(fā)黃變色。除了光照外,使用環(huán)境下的氧、熱、濕等因素也會對材料的顏色和性能產(chǎn)生較大的影響。因此,材料在這樣或類似的環(huán)境條件下應(yīng)用前,開展光、氧、熱、濕和其他氣候應(yīng)力對其外觀和性能影響的評價非常重要。
光照、氧、熱(溫度)和濕(水分)是影響高分子材料老化的四個最基本因素。對于光照,也就是太陽光的紫外線通常是造成材料光老化的主要原因,這是因為太陽光中的紫外線波長短,能量高,床頭能力也強;氧除了特定條件(電暈、電子輻照等)下產(chǎn)生的臭氧外,空氣中的氧氣在材料光老化過程中會進一步強化材料的老化降解;而使用環(huán)境溫度(熱)升高時,光照對材料的破壞作用也將隨之增大,也就是溫度會大大加速光老化的進程;戶外降雨常常導(dǎo)致材料表面溫度驟降,造成冷熱沖擊帶來材料應(yīng)力腐蝕,而室內(nèi)的空氣濕度或戶外的露水附著在材料上的時間往往更長,形成更為嚴(yán)重的水分吸收。
這四個因素中的任何一個都可能導(dǎo)致材料老化,而高分子材料在實際使用環(huán)境中,往往是幾種因素同時發(fā)生,對材料造成的危害也比單獨一種因素更大。因此高分子材料在應(yīng)用前,為了事先評估產(chǎn)品在實際使用過程中的壽命,通常會在實驗室中通過實驗室光源加速老化試驗來評估光、氧、熱、濕對材料性能的影響,以保證產(chǎn)品的可靠性。
紫外老化測試是評估高分子材料耐光老化性能的測試方法,通常是在實驗室中通過紫外加速老化試驗箱進行測試。紫外老化箱通過設(shè)定測試條件可模擬太陽光中的紫外線、使用環(huán)境條件下的氧、溫度和濕度,在短時間內(nèi)(幾周或幾個月)能夠獲得可再現(xiàn)的、可靠的老化測試數(shù)據(jù)而在材料開發(fā)和產(chǎn)品可靠性驗證中得到廣泛使用。
紫外老化試驗主要包括光照、冷凝和噴淋三種模式。光照階段用于模擬自然環(huán)境中的白天,光照時可以控制光照強度、溫度;冷凝階段用于模擬夜晚樣品表面結(jié)露的現(xiàn)象,冷凝階段關(guān)閉紫外燈(黑暗狀態(tài)),只控制試驗溫度;噴淋階段通過向樣品表面持續(xù)噴水模擬下雨的環(huán)境。
紫外加速老化試驗常用的UV燈管類型有3種,分別為UVB313、UVA-340和UVA351。這三種燈管發(fā)出的光都是紫外光,但其光譜分布和發(fā)出光的總能量不同,因此在試驗時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的燈管進行模擬試驗:
UVB-313燈管能產(chǎn)生短波紫外線,能夠比UVA燈更快地使材料老化,從而達到加速老化的目的,廣泛應(yīng)用于耐久性材料的快速、節(jié)省時間的測試;UVA-340燈管的光譜分布與戶外太陽光的紫外波段相近,一般用于常規(guī)戶外使用產(chǎn)品的光老化試驗;UVA-351燈管可以模擬透過玻璃窗戶的太陽光的紫外線部分,主要用于室內(nèi)產(chǎn)品的紫外老化測試評價。
在實際應(yīng)用中,需要進行紫外老化測試的高分子材料和產(chǎn)品主要有:塑料、橡膠、涂料、粘合劑、紡織品等合成纖維等,檢測依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM G-151、ASTM G-154、ASTM C1501、ASTM C1442、ISO 11507、ISO4892、GB/T14522、GB/T16585和GB/T16422.3等等,且不同國家或行業(yè)對紫外老化測試都制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此,在進行紫外老化檢測時,主要是根據(jù)客戶要求的標(biāo)準(zhǔn)來進行測試評價。
但在此需要說明的是,紫外老化試驗箱的光源只是模擬了太陽輻照中的紫外線部分,而在實際情況下,太陽光中的可見光、紅外線等其它波長的光對材料老化的影響有時也不可忽略。因此,氙燈老化試驗箱的模擬性更接近于太陽光。至于選擇何種老化試驗箱,還須根據(jù)實際需要而定。