一、實驗室加速老化試驗的必要性

塑料、橡膠、涂料等高分子材料暴露在自然氣候條件和光照輻射過程中會出現(xiàn)失光、褪色、泛黃、剝落、開裂、喪失拉伸強度和整層脫落等老化現(xiàn)象，即使是室內(nèi)光線或者透過窗玻璃的陽光也會對諸如顏料或染料之類的物質(zhì)造成損害，自然界的陽光和濕氣對材料的破壞，每年造成難以估計的經(jīng)濟(jì)損失,因此對于戶外使用的建筑外用涂料和汽車涂料等，其耐候性已成為重要的檢測項目。

國內(nèi)外現(xiàn)在評價涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然老化試驗或氙燈老化試驗、紫外光老化試驗等人工加速氣候老化試驗的方法。自然老化無疑是最重要最可靠的老化試驗方法。其主要原因是自然氣候老化實驗結(jié)果更符合實際。雖然我們可以在任何地方進(jìn)行自然氣候老化試驗，但國際上比較認(rèn)可的試驗場地是美國的佛羅里達(dá)，因為其陽光充足。但是，由于自然老化周期相對較長，不同年份、季節(jié)、地區(qū)氣候條件的差異性導(dǎo)致了試驗結(jié)果的不可比性；即使是佛羅里達(dá)，氣候也不可能年復(fù)一年的完全相同，故試驗結(jié)果的再現(xiàn)性不理想。正是因為試驗的可比性和結(jié)果的再現(xiàn)性制約著自然老化試驗的發(fā)展。

人工加速老化試驗?zāi)M強化了自然氣候中的某些重要因素，如陽光、溫度、濕度、降雨等，縮短了老化試驗的周期，且由于試驗條件的可控性，試驗結(jié)果再現(xiàn)性強。試驗機提供的測試數(shù)據(jù)在對新材料的選擇、對現(xiàn)有材料的改進(jìn)或評估影響產(chǎn)品耐用性的組成變化等方面有極大的幫助并且可以極好地預(yù)測產(chǎn)品將在戶外遭遇的變化。人工加速老化作為自然老化的重要補充，廣泛運用于高分子材料的研究、開發(fā)、檢測。

二、試驗對比的目的

廣東興發(fā)鋁業(yè)有限公司作為建筑鋁型材行業(yè)的龍頭企業(yè)一直以來積極參加相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的編制，為了使我們的產(chǎn)品不但能符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，更要提高客戶對我們的滿意度。我們實驗室在按現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)檢驗的同時，也不斷開展相關(guān)試驗，尋求最高效的內(nèi)部監(jiān)控手段。建筑鋁型材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB5237.4于2008年正式改版，并于2009年開始全面實施。我們就粉末噴涂耐候性進(jìn)行了三項人工加速老化試驗相關(guān)性的研究，其中包括：氙燈老化試驗：Q-Sun 1000小時、紫外光老化試驗：UVA 3000小時、紫外光老化試驗：UVB 300小時。

三、試驗方法的介紹

我們一共選取了18個試樣進(jìn)行試驗，樣品顏色類同，每個試樣分別鋸三個試板進(jìn)行三項老化測試。因為標(biāo)準(zhǔn)GB5237.4-2008中已經(jīng)明確規(guī)定了氙燈試驗時間為1000小時，因此我們在本實驗中不再作多個時間段的檢測，只在最終點進(jìn)行性能評價；紫外燈（UVA-340）老化試驗總時間為3000小時，每500小時作一次性能評價；紫外燈（UVB-313）老化試驗總時間為300小時, B燈破壞力較強，所以只做300小時的短時間性能測試，每100小時作一次性能評價。性能評價以保光率（%）和試驗前后的色差（△E*ab）為主。

1、氙燈老化試驗：

試驗時間：1000小時

循環(huán)周期：光照102min；光照+純水噴淋18min

實驗室溫度：38℃±3℃

黑板溫度：65℃±2℃

濕度控制：50%

氙弧輻射試驗被認(rèn)為是最能模擬全太陽光譜的試驗，因為它能產(chǎn)生紫外光、可見光和紅外光。正因為如此，在國內(nèi)外被認(rèn)為是最廣泛采用的方法。GB/T1865（等同于IS0113411:1994）詳細(xì)地介紹了這種方法。氙弧燈光源穩(wěn)定性帶來試驗系統(tǒng)的復(fù)雜性使這種方法有所局限，但能通過提高更換燈管的頻度或者可用傳感器控制輻照度以減輕燈光老化的影響。盡管存在因燈老化引起的光譜能量分布變化，氙弧燈仍不失作為耐候性和耐日光照射試驗的一種可靠的和反映實際的光源。試驗在模擬潤濕條件時采用水噴淋和溫度自動控制系統(tǒng)。水噴淋方法的局限是當(dāng)溫度相對較低的水噴到溫度相對較高的試板上時，試板會冷卻下來，這會使材料遭破壞的過程減緩。

2、紫外燈（UVA-340）老化試驗

試驗時間：3000小時

循環(huán)周期：光照8小時（60℃）；冷凝4小時（50℃）

紫外光燈照射老化試驗利用熒光紫外光燈模擬太陽光對耐久性材料的破壞性作用。這與前面提到的氙弧燈有區(qū)別，熒光紫外燈在電學(xué)原理上與普通的照明用冷光日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見光或紅外光線。UVA-340型的燈在主要的短波長紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽光,其光譜能量分布（SPD）與從太陽光譜中360nm處分出的光譜圖很近似。

3、紫外燈（UVB-313）老化試驗

試驗時間：300小時

循環(huán)周期：光照8小時（60℃）；冷凝4小時（50℃）

UV-B型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗用燈。它比UV-A型燈對材料的破壞速度更快，所以我們只選取了300小時的試驗時間。UV-B型燈比360 nm更短的波長能量輸出對很多材料會造成偏離實際的試驗結(jié)果。

使用紫光燈老化試驗的一個主要優(yōu)勢在于它能夠模擬較為符合實際的室外潮濕環(huán)境對材料的破壞作用。材料置于室外時，據(jù)統(tǒng)計每天至少有12 h頻繁地遭受潮濕作用。因為這種潮濕作用大多表現(xiàn)為凝露的形式，因而在加速人工氣候老化試驗中采用一個特殊的冷凝原理來模仿室外潮濕。在這樣的冷凝循環(huán)過程中，要加熱試驗箱底部的水槽以產(chǎn)生蒸汽。熱蒸汽保持試驗箱的環(huán)境在高溫下有100％相對濕度。試驗箱設(shè)計使試板實際上構(gòu)成試驗箱的側(cè)壁。這樣試板的背面暴露在室溫的室內(nèi)空氣下。室內(nèi)空氣的冷卻作用使被測的試板表面的溫度比蒸汽溫度降低幾度。這幾度的溫差可使水在冷凝循環(huán)過程中連續(xù)不斷地降到被測試表面。

我們實驗室所用的冷凝水是性質(zhì)穩(wěn)定的純水。純水能提高實驗結(jié)果的重現(xiàn)性，排除水沉積物污染問題并且簡化試驗設(shè)備安裝和操作。

四、試驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析

1、氙燈1000小時老化試驗結(jié)果數(shù)據(jù)整理

圖1

圖2

圖3

圖4

3、紫外燈（UVB-313）300小時老化試驗結(jié)果數(shù)據(jù)整理

圖5

圖6

五、數(shù)據(jù)分析總結(jié)

由試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分布圖顯示得知氙燈1000小時老化試驗保光率在80%-100%之間，色差（△E*ab）在0.10-0.40之間； 3000小時 UVA-340老化試驗里面，500小時、1000小時的保光率也能較均勻地分布在80%-100%之間，其中500小時和1000小時的數(shù)據(jù)分布曲線與氙燈1000小時的相似，再看色差（△E*ab）分布圖，只有500小時的色差（△E*ab）在0.20-0.60之間，其余曲線均遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離氙燈1000小時的色差范圍； 300小時 UVB-313老化試驗中只有100小時的保光率和色差曲線在80%-100%和0.10-0.40之間。由此可見紫外燈500小時UBA-340和100小時UVB313的試驗結(jié)果都接近于氙燈1000小時的試驗結(jié)果。

六、結(jié)語

本文介紹了建筑鋁型材行業(yè)常用的幾種人工加速老化試驗，并通過試驗數(shù)據(jù)的對比分析各種老化試驗的相關(guān)性。GB5237.4-2008規(guī)定涂層耐老化試驗方法是氙燈加速老化，但在國外氙燈加速老化和紫外光老化試驗都是應(yīng)用廣泛的試驗方法，這兩種方法是基于完全不同的原理，氙燈加速老化試驗箱仿制全部的太陽光譜，包括紫外光、可見光和紅外光，其目的是模擬太陽光照。紫外光老化試驗并不能更好仿效太陽光線，而是模仿太陽光的破壞效果。長期在室外暴露的耐久性材料，受短波紫外光照射引起的老化損害最大。究竟哪種試驗方法是最好的呢?沒有確切的答案。選擇哪種方法取決于要測試的材料，材料的最終應(yīng)用場合等因素。各項加速老化試驗都有其優(yōu)點和局限性，我們通過試驗尋找出它們的相關(guān)性，希望能產(chǎn)品種類和產(chǎn)量不斷增多的情況下，能隨時選擇高效的試驗，從而提高企業(yè)內(nèi)部監(jiān)控效率，確保質(zhì)量關(guān)，從而不斷提高客戶滿意度。