人工加速老化實(shí)驗(yàn)方法主要包括:人工氣候?qū)嶒?yàn)、熱老化實(shí)驗(yàn)(絕氧、熱空氣、熱氧化吸氧等實(shí)驗(yàn)) 、濕熱老化實(shí)驗(yàn)、臭氧老化實(shí)驗(yàn)、鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)、氣體腐蝕實(shí)驗(yàn)以及抗霉實(shí)驗(yàn)等等。在我國主要采用以下4 種人工加速老化的實(shí)驗(yàn)方法。
開展本系列的老化試驗(yàn)，一般使用到高低溫試驗(yàn)箱，恒溫恒濕試驗(yàn)箱，冷熱沖擊試驗(yàn)箱，紫外線老化試驗(yàn)箱，臭氧老化試驗(yàn)箱，鹽霧腐蝕試驗(yàn)機(jī)，高溫老化箱等環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。
自然氣候曝露試驗(yàn)的周期過長，同時(shí)，由于氣候的變化無常，試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性很不理想。人工氣候老化加速試驗(yàn)是針對典型環(huán)境的特點(diǎn)用人工的方法模擬和強(qiáng)化主要環(huán)境因子，在實(shí)驗(yàn)室條件下經(jīng)過較短的時(shí)間，快速評價(jià)高分子材料的耐老化性能。這種方法克服了自然氣候曝露試驗(yàn)時(shí)間過長的不足，并且能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的、重現(xiàn)性好的試驗(yàn)結(jié)果。因此室內(nèi)加速試驗(yàn)須滿足模擬性、加速性和重現(xiàn)性三個(gè)基本條件，它直接影響到人工加速試驗(yàn)的結(jié)果和天然暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。
一、人工氣候模擬加速老化試驗(yàn)
人工氣候試驗(yàn)中模擬大氣環(huán)境的因素是：光、氧、熱、濕度和降雨，而光是重要的因素。高分子材料的光老化不僅與光源的輻射強(qiáng)度有關(guān)，而且與光源的能譜分布也有密切關(guān)系。人造光源的能譜與太陽光能譜的相似性會直接影響老化試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，光源的輻射強(qiáng)度決定著試驗(yàn)的加速倍率，在保證兩者降解機(jī)制相同的情況下，選用理想的光源不僅對試驗(yàn)方法的有效性，而且對自然氣候曝露與人工加速曝曬兩者之間的相關(guān)性的建立，以及預(yù)測高分子涂層材料的使用壽命都有極為重要的意義。目前人工氣候老化試驗(yàn)采用的光源有碳弧燈、紫外燈、氙弧燈、高壓水銀燈等。其中QV紫外老化儀和氙弧燈照射是國內(nèi)外流行的方法。
1）氙燈加速老化試驗(yàn)方法
氙燈試驗(yàn)箱型號：
產(chǎn)品名稱 | 水冷氙燈老化試驗(yàn)箱 | 風(fēng)冷氙燈老化試驗(yàn)箱 |
產(chǎn)品型號 | QZ-900X | QZ-500X |
內(nèi)腔尺寸mm（深×寬×高） | 1100X1100X800 | 500×760×500 |
外形尺寸mm（深×寬×高） | 1340×1470×1900 | 1030×1090×1640 |
光照調(diào)節(jié) | 自動(dòng)調(diào)光型 | 自動(dòng)調(diào)光型 |
氙燈光源被認(rèn)為是能模擬全太陽光譜的光源，氙燈譜中含有的短于太陽輻射被切斷的紫外波長，可通過濾片過濾掉。此外，氙燈光源還可實(shí)現(xiàn)光的強(qiáng)度、溫度和光照期/黑暗期及濕度的自動(dòng)控制，模擬和強(qiáng)化高分子材料在自然氣候中受到的光、熱、空氣、溫度、濕度和降雨為主要老化破壞的環(huán)境因素,快速模擬不同氣候的日光曝曬效果,從而獲得近似于自然氣候的耐候性。目前使用氛燈進(jìn)行人工加速老化試驗(yàn)已成為一種的、通用的光老化試驗(yàn)方法, 因而相應(yīng)的氛燈老化試驗(yàn)方法也很多。
2）熒光紫外光老化試驗(yàn)方法
紫外老化試驗(yàn)箱型號：
型號 | QZ-V1 (無調(diào)光普通型） | QZ-V2 （手動(dòng)調(diào)光） | QZ-V3 （自動(dòng)調(diào)光） |
工作尺寸 | 450×1170×500 | 450×1170×500 | 450×1170×500 |
外形尺寸 | 600×1280×1370 | 600×1280×1370 | 600×1280×1370 |
總功率 | 4.5KW | 5KW | 5KW |
凈重 | 95kg | 95kg | 95kg |
熒光紫外燈是波長為254nm的低壓汞燈, 由于加人磷共存物使轉(zhuǎn)換成較長的波長, 熒光紫外燈的能量分布取決于磷共存物產(chǎn)生的發(fā)射光譜和玻璃管的傳擴(kuò)。熒光紫外燈具有特定光譜段。目前有兩種類型, 即VA(351、340)與VB(313和F40)。VA - 340型燈能很好地模擬太陽光中的短波長紫外光光譜范圍，其光譜能量分布與從太陽光譜中360 nm 處分出的光譜圖很相近，更接近于太陽光的光譜； VA因與自然曝曬更接近作為*。V B對材料的破壞速度更快。熒光紫外燈因自身內(nèi)在的光譜穩(wěn)定性使輻照度控制簡單化。它的光譜能量分布不會隨時(shí)間變化，這與前面提到的氙弧燈有區(qū)別。這一特點(diǎn)提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。使用紫外燈老化實(shí)驗(yàn)的主要優(yōu)勢在于它的冷凝過程能夠模擬較為符合實(shí)際的室外潮濕環(huán)境對材料的破壞作用。迄今為止，對人工加速老化采用的光源在上尚未取得*一致的意見，西歐積極推薦的模擬性較好為氙燈光源，美國和日本等國仍持異議。
紫外熒光燈設(shè)備可通過控制亮暗循環(huán)變化、溫度、濕度和噴水的變化以及燈管的改變來提供模擬白天黑夜、不同的溫度、戶內(nèi)、戶外等各種外界環(huán)境條件。紫外熒光燈對太陽光紫外部分的模擬程度較碳弧燈好, 但還是人為地增加了紫外部分的光譜能量。由于紫外熒光燈人工老化試驗(yàn)方法可以較快地考核材料耐老化性能, 因此在很多標(biāo)準(zhǔn)中還在采用。
3）碳弧燈光老化試驗(yàn)方法
目前該設(shè)備已經(jīng)淘汰，我國暫不使用
碳弧燈是一種較古老的技術(shù), 碳弧燈主要是通過2個(gè)碳棒電極間形成的碳弧, 透過平板玻璃濾光器照射到試樣表面。分為封閉式碳弧燈和開放式碳弧燈。
封閉式碳弧燈有單弧和雙弧兩種, 開放式碳弧燈比封閉式碳弧燈的光譜譜圖更接近太陽光的光譜。但是, 無論那種碳弧燈, 其譜圖與太陽光的譜圖相差都很大, 操作難度大,每48～72h要求換一次碳棒, 運(yùn)轉(zhuǎn)成本較高, 現(xiàn)在較少采用由于該項(xiàng)技術(shù)的歷史較長, 初的人工模擬光老化技術(shù)都是采用該設(shè)備, 因此在較早些的標(biāo)準(zhǔn)中還能見到該方法, 尤其是在日本的早期標(biāo)準(zhǔn)中常常采用碳弧燈技術(shù)作為人工光老化試驗(yàn)手段。
二、熱老化試驗(yàn)方法
熱老化試驗(yàn)箱型號：
型號 | HK-100E | HK-225E | HK-500E | HK-800E | HK-010E |
工作尺寸 | 450×450×500 | 500×600×750 | 800×700×900 | 1000×800×1000 | 1000×1000×1000 |
外形尺寸 | 1020×880×1580 | 1070×1030×1825 | 1370×1130×1975 | 1570×1230×2125 | 1570×1430×2125 |
總功率 | 2.5KW | 3.8KW | 4.5KW | 5.5KW | 6KW |
凈重 | 185kg | 245kg | 305kg | 395kg | 415KG |
熱老化實(shí)驗(yàn)通過加速材料在氧、熱作用下的老化進(jìn)程,反映材料耐熱氧老化性能。烘箱法老化試驗(yàn)是耐熱性試驗(yàn)的常用方法, 根據(jù)材料的使用要求和實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)溫度。溫度上限可根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范確定,一般對于熱塑性材料應(yīng)低于其維卡軟化點(diǎn),對于熱固性材料應(yīng)低于其熱變形溫度,或者通過探索實(shí)驗(yàn),選取不致造成試樣分解或明顯變形的溫度。將試樣置于選定條件的熱烘箱內(nèi),周期性地檢查和測試試樣外觀和性能的變化,從而評價(jià)試樣的耐熱性。這種方法常用于塑料和橡膠,信息記錄介質(zhì)的耐熱試驗(yàn)也常采用此方法。主要通行的實(shí)驗(yàn)方法有塑料熱空氣曝露實(shí)驗(yàn)方法、硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱實(shí)驗(yàn)及漆膜耐熱性測定法。
三、臭氧老化試驗(yàn)方法
臭氧老化試驗(yàn)箱型號：
型號 | QZ-101CY | QZ-225CY | QZ-500CY | QZ-800CY | QZ-010CY |
工作室尺寸（mm) | 450×450×500 | 500×600×750 | 700×800×900 | 1000×800×1000 | 1000×1000×1000 |
外形尺寸（mm) | 1060×880×1670 | 1110×1030×1870 | 1130×1410×2020 | 1430×1410×2120 | 1610×1430×2120 |
臭氧在大氣中的含量很少,卻是橡膠龜裂的主要因素,臭氧老化法通過模擬和強(qiáng)化大氣中的臭氧條件,研究臭氧對橡膠的作用規(guī)律,快速鑒定和評價(jià)橡膠抗臭氧老化性能與抗臭氧劑防護(hù)效能,進(jìn)而采取有效的防老化措施,以提高橡膠制品的使用壽命。橡膠防水材料、高分子聚合物防水材料須進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
四、鹽霧試驗(yàn)方法
鹽霧試驗(yàn)箱型號：
產(chǎn)品名稱 | 鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱 | 鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱 | 鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱 | 鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱 |
型號 | HK-60W | HK-90W | HK-110W | HK-130W |
工作室尺寸（mm) | 450×600×450 | 600×900×500 | 750×1100×550 | 850×1300×600 |
外形尺寸（mm) | 743×1070×1030 | 893×1370×1080 | 1430×1570×1130 | 1143×1770×1180 |
總功率(KW) | 1.3(220V) | 1.5(220V) | 1.8(220V) | 3.3(380V) |
凈重（㎏) | 60 | 95 | 110 | 190 |
鹽霧試驗(yàn)是評價(jià)高分子涂層防護(hù)性經(jīng)典、使用普遍的試驗(yàn)方法。鹽霧試驗(yàn)的基本原理是在鹽霧箱內(nèi)，將近似海水成分的水溶液噴射成霧狀，充滿整個(gè)箱內(nèi)，配合溫度、濕度的控制，并強(qiáng)化這些因素進(jìn)行加速老化，當(dāng)鹽霧的微粒沉降附著在材料的表面上，便迅速吸潮溶解成氯化物的水溶液，在一定的溫濕度條件下，溶液中的氯離子通過材料的微孔逐步滲透到內(nèi)部，引起材料的老化或金屬的腐蝕。雖然耐鹽霧性能是考察涂層耐蝕性和預(yù)測涂層使用壽命的一項(xiàng)重要指標(biāo),但只能定性說明涂層在規(guī)定的試驗(yàn)條件下的耐腐蝕行為,因與實(shí)際使用環(huán)境差別較大,該方法一直存在較大爭議。但該方法作為評價(jià)和預(yù)測船舶、近海采油平臺、沿海港灣設(shè)施等所處的咸濕環(huán)境用途的涂膜耐蝕性和使用壽命仍具有實(shí)際意義。
為了加速涂層的老化腐蝕,縮短試驗(yàn)周期，在鹽霧試驗(yàn)的基礎(chǔ)上又相繼開發(fā)了醋酸鹽霧試驗(yàn)(ASS) 、氯化銅加速醋酸鹽霧試驗(yàn)(CASS) 等。例如，開發(fā)的間歇噴霧循環(huán)式鹽霧試驗(yàn),在25℃下噴霧1h，溶液為0.05%NaCl +0.35％(NH4)2SO4溶液，隨后在35℃,干燥1h，循環(huán)進(jìn)行。該方法比鹽霧試驗(yàn)更接近實(shí)際情況,試驗(yàn)效果較好。
五、復(fù)合加速模擬試驗(yàn)
型號：由于該型號需與廠家直接設(shè)計(jì)試驗(yàn)條件。推薦廠家：CLM-科來姆
除上述加速方法外，不同電解質(zhì)溶液的浸泡試驗(yàn)、高溫、干濕交替和熱循環(huán)試驗(yàn)也常用作加速模擬試驗(yàn)方法。
為縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，盡量縮小模擬環(huán)境與實(shí)際環(huán)境的差異，提高試驗(yàn)的可靠性。新的復(fù)合加速實(shí)驗(yàn)方法不斷涌現(xiàn)。常用的紫外光輻照和鹽霧試驗(yàn)的復(fù)合加速以及周期性溫度變化的熱循環(huán)試驗(yàn)。
由于人工模擬加速和自然暴露試驗(yàn)載荷譜的差異，兩者的相關(guān)性并不理想，高分子材料老化降解的人工模擬加速方法總是與應(yīng)用者的正確設(shè)計(jì)和選擇有關(guān)，評價(jià)往往帶有主觀性。故單以人工加速老化指標(biāo)來評定高分子材料耐老化性是不充分的。但因重現(xiàn)性好，腐蝕老化機(jī)理明確，世界各國均以自然曝曬為主，人工老化為輔，兩者相結(jié)合進(jìn)行高分子材料老化失效的評級和壽命預(yù)測，這已成為世界各國較通用的做法和發(fā)展趨勢。
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