塑料氙燈老化試驗方法之我見

曹陽　肖寶靚

[摘要]塑料氙燈老化試驗要確認實驗室光源的光譜輻照度在國標要求的范圍內，根據樣品實際使用狀況選取相應的試驗條件，確定要使用的輻照度，正確計算試驗參數，試驗過程嚴格按照國標要求進行，得出試驗結果才真實有效。鑒于此，本文對塑料氙燈老化試驗方法進行了分析探討，僅供參考。

[關鍵詞]氙燈；老化；塑料；試驗；參數

一、氙燈老化試驗概述

茌自然環境中，太陽光輻射被認為是老化的主要原因，因此對于人工氣候老化和人工曝露輻射而言，模擬太陽光輻射是至關重要的。曝露設備在測試過程中，由于氙弧和濾光系統的老化，輻照度可能會變化，這種變化尤其發生在對聚合物材料光化學影響最大的紫外光范圍。因此不僅要計量曝露的時間，而且要測量400nm以下的波長范圍或在規定波長例如340nm處的曝露輻照度，并將這些值作為老化參照標準值。精確的模擬氣候條件的各個方面對樣品的作用是不可能的，因此氙燈老化試驗箱模擬窗玻璃濾過的太陽輻射試驗稱為人工輻射曝露。國家標準GB/T16422.2-2014（以下簡稱國標）中對塑料氙燈老化試驗的定義為：塑料試樣暴露于有水分存在的氙弧燈下模擬實際使用環境中暴露于日光或窗玻璃過濾后日光下發生的自然老化效果。氙弧燈通過濾光器過濾之后，用來模擬日光中紫外區域和可見光區域的光譜能量分布。試樣暴露于不同等級的光、熱、相對濕度以及水的可控環境條件中，暴露的條件有：濾光器、輻照度、光暴露過程中的溫度、試樣箱中的相對濕度、試樣潤濕方式、水溫和潤濕周期、光照和暗周期的相對時間長度。潤濕通常由采用去離子水噴灑試樣、將試樣浸入水中或在暴露試樣的表面凝結水氣三種方式產生，試驗過程包括試樣表面上輻照度和輻射暴露量的測量。試驗結果可將一種已知性能的相似材料（對照物）與試驗樣品同時暴露來提供標準比對，也可用試驗后的樣品與未經試驗的樣品進行比對。

二、試驗條件的選取

塑料氙燈老化試驗暴露的方式有使用日光濾光器的暴露（人工氣候老化）和窗玻璃濾光器的暴露兩種。日光濾光器的暴露周期為102min干燥和18min噴淋，暴露的輻照度分為寬帶300nm-400nm和窄帶340nm條件下兩種。窗玻璃濾光器的暴露周期為持續干燥，暴露的輻照度分為寬帶300nm-400nm和窄帶420nm條件下兩種。對于溫度的控制，國標中規定可以使用黑標溫度計和黑板溫度計，黑標溫度計適用于仲裁試驗，常規試驗可使用黑板溫度計代替，但通常情況下黑板溫度計會比黑標溫度計顯示的溫度低3℃1 2℃，試驗箱中的溫度和濕度可根據國標進行控制，也可由供需雙方協商不進行控制。以汽車內飾件和外飾件為例，內飾件如儀表板、遮陽板，根據實際使用狀況是在車內環境下，陽光通過玻璃窗照射在內飾件上，而且是持續干燥的狀態，不存在雨水噴淋，所以應該選取窗玻璃濾光器的暴露，輻照度根據試驗設備配置的傳感器進行選取，黑板溫度根據通常條件下的最惡劣的環境溫度可選取63℃±3℃，箱內溫濕度是否需要控制可根據供需雙方協商確定。汽車外飾件，如后視鏡、擋泥板、保險杠是直接暴露在陽光照射下，在自然環境中存在光照和光照加雨水噴淋交替存在的情況，應該選取日光濾光器的暴露，輻照度根據試驗設備配置的傳感器進行選取，黑板溫度根據通常條件下的最惡劣的環境溫度可選取63℃±3℃，箱內溫濕度是否需要控制可根據供需雙方協商確定。

三、實驗室光源的光譜輻照度

氙燈老化實驗室光源由一個或多個有石英封套的氙弧燈組成，其光譜范圍包括波長大于270nm紫外光、可見光及紅外光，氙弧燈經過兩種不同的光過濾系統之一來改變其產生的輻射光譜分布，分別模擬太陽輻射的紫外和可見光的光譜分布，模擬3mm厚的窗玻璃濾過的光輻射的紫外和可見光的光譜分布。為了模擬日光，使用濾光器來濾除短波長的紫外輻射，采用可降低波長310nm以下輻照度的濾光器來模擬透過窗玻璃后的日光，另外使用濾除紅外輻射的濾光器可防止對試樣產生會引起熱降解的不符合實際狀態的加熱。國標規定了配置濾光器的氙弧燈的輻照度茌紫外波長范圍內的最小限值和最大限值，以配置日光濾光器的氙弧燈為例，要檢測一個特定濾光器或濾光器組是否符合國標要求，應測量250nm-400nm的光譜輻照度，然后將每一帶寬內的總輻照度相加，再除以290nm-400nm間的總輻照度，得到每一帶寬內的光譜輻照度百分比。對于任意的單獨的光譜輻照度分布，每一帶寬內計算得到的百分比應在給定的最小限值和最大限值之間，各帶寬計算得到的百分比相加之和為100%。實驗室光源的輻照度要求具有均勻性，樣品暴露面上任意位置的輻照度至少應為該暴露面最高輻照度的80%，如果不能滿足，應對樣品進行周期性換位。

四、試驗參數的計算方法

根據試驗需要的暴露方式和帶寬確定要使用的輻照度，可以計算出試驗需要的總時間或者總輻射暴露量。以使用日光濾光器的暴露，窄帶340nm為例，通過國標中查表可確定輻照度為0.51W/（m2·nm），已知總暴露時間為1000h，需要計算總輻射暴露量，計算方法為：0.51W/（m2·nm）=0.51J/s·m2，1000h×3600×O.51 J/s·m2=1836000J，m2。在規定了總輻射暴露量的前提下，需要計算總的試驗時間，也可以通過上述公式進行反算即可。

結語：

本文介紹了氙燈老化試驗的原理，重點闡述了塑料氙燈老化試驗的方法、試驗條件的選取、試驗光源的要求和檢測方法以及相關試驗參數的計算方法。