UV加速老化和自然老化的相關(guān)性

長(cháng)期以來(lái)，人工加速老化和自然老化測試結果間的相關(guān)性問(wèn)題一直是業(yè)內關(guān)注的熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)上要求快速地得出老化測試結果，同時(shí)要求實(shí)驗室人工加速老化和自然老化測試結果間有較好的相關(guān)性，然而實(shí)際上這兩個(gè)要求是相互矛盾的。人工加速老化方法使用比實(shí)際環(huán)境更高的測試溫度、更短波長(cháng)光源、更大的輻照強度，在加速材料老化進(jìn)程的同時(shí)，降低了與自然條件材料老化結果的相關(guān)性。

UV 加速老化設備配備的 UVA-340 燈管提供了一個(gè)新的解決方案 [1] 。 UVA-340 紫外燈光源能很好地模擬太陽(yáng)光譜中短波紫外光 （ ＜ 365 nm 部分 ） 。由于 UVA-340 紫外燈光源所模擬的太陽(yáng)短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，理論上這種方法的測試結果和戶(hù)外自然老化的相關(guān)性較好。為了驗證這一點(diǎn)，我們針對戶(hù)外自然曝曬和使用 UVA-340 紫外光源人工加速老化的相關(guān)性進(jìn)行了一系列的實(shí)驗。

1 實(shí)驗

本實(shí)驗選用了環(huán)氧涂料、聚氨酯涂料以及聚酯涂料，分別進(jìn)行戶(hù)外自然曝曬和紫外人工加速老化實(shí)驗，記錄實(shí)驗中樣品光澤和顏色的變化。

1.1 戶(hù)外自然曝曬實(shí)驗

由于各地戶(hù)外自然曝曬的情況很不相同，為了準確地評價(jià)實(shí)驗，這里選擇了三種不同的典型氣候類(lèi)型：亞熱帶氣候 （ 佛羅里達的邁阿密 ） 、沙漠氣候 （ 亞利桑那的鳳凰城 ） 和美國北方工業(yè)型氣候 （ 俄亥俄州的克里夫蘭 ） 。

戶(hù)外自然曝曬嚴格按照 ASTM G7 《非金屬材料的戶(hù)外自然曝曬試驗標準》執行。被測試樣的背板為厚 1.6 mm 的夾板，試樣架 45 °，朝南。

1.2 人工加速老化實(shí)驗

人工加速老化測試按照 ASTM G154 《非金屬材料的紫外老化測試方法》執行。實(shí)驗設備為紫外加速老化試驗機 。該試驗箱具有閉環(huán)反饋回路系統控制 [2] ，可設定并控制 UV 光輻照強度。試驗使用 UVA-340 紫外燈管，光強峰值為 343 nm ，截止點(diǎn)為 295 nm 。為了排除不同溫度對實(shí)驗結果的影響，測試溫度統一設定在 50 ℃。

實(shí)驗分別在三種不同的循環(huán)條件下測試：

條件 1 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 0.83 W/（m 2 • nm） @340nm ；整個(gè)測試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。本測試循環(huán)中紫外的輻照強度相當于夏天正午的太陽(yáng)光照。

條件 2 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 1.35 W/（m 2 • nm） @ 340 nm ；整個(gè)測試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。條件 2 與條件 1 基本類(lèi)似，但輻照度更強。

條件 3 ： 4 h 紫外光照射 （100 ％紫外輻照，無(wú)冷凝，無(wú)暗周期 ） ； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 1.35 W/（m 2 • nm） @ 340 nm ；整個(gè)測試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。

2 結果與討論

2.1 環(huán)氧涂料

樣板為涂覆在鋼板上的高光灰色環(huán)氧涂料。

戶(hù)外自然曝曬在一開(kāi)始就表現出快速地失光和粉化，曝曬 1 a 后，樣板基本無(wú)光澤 （ 見(jiàn)圖 2） 。此外，三個(gè)曝曬地點(diǎn)的樣品都出現銹蝕現象，在佛羅里達的樣板表面*為銹斑所覆蓋，而在亞利桑那和克里夫蘭的樣板有部分銹蝕。