根據(jù)不同的試驗(yàn)光源，正航儀器實(shí)驗(yàn)者分別采用了紫外熒光燈、氙燈、金屬鹵素?zé)糇鳛樵囼?yàn)光源，進(jìn)行了人工耐候性試驗(yàn)方案。
一、色差
按照上述試驗(yàn)方法對(duì)同批次PVC-U 型材進(jìn)行不同試驗(yàn)，試驗(yàn)后按照GB/T 8814—2004要求測(cè)試色差。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從外觀上看，人工氣候試驗(yàn)后的樣品呈現(xiàn)白色—淡黃色—深黃色—黃褐色—棕褐色—黑色的變化全過程。從ΔE*值來看，所有試驗(yàn)后ΔE*值在試驗(yàn)開始后均呈現(xiàn)上升狀態(tài)，但變化速率并不穩(wěn)定；從外觀上則表現(xiàn)為在某一時(shí)間內(nèi)顏色呈現(xiàn)“突變”現(xiàn)象。分析其原因，可能是由于老化過程的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)所致，在受到外界各種因素尤其是紫外光的影響后，材料分子的C—H 和C—Cl 等化學(xué)鍵被逐步打開，老化進(jìn)程逐漸深入，顏色逐漸發(fā)生變化，直至到達(dá)某一點(diǎn)，在各種因素包括·H 和·Cl 自催化等作用下，高分子鏈集體斷裂，反應(yīng)速率增加，因此呈現(xiàn)顏色“突變”的現(xiàn)象。
從色差均勻性看，試驗(yàn)A，B，D 的樣板表面顏色比較均勻，但試驗(yàn)C 紫外老化后樣品表面顏色不均勻，樣品表面有類似于水流狀的印跡，可能是冷凝周期中水流對(duì)樣品表面進(jìn)行沖洗，部分老化后有顏色的材料脫落造成的。對(duì)試驗(yàn)A，B 進(jìn)行比較，ΔE*值總體變化趨勢(shì)非常相似，55 ℃的試驗(yàn)比40 ℃的試驗(yàn)老化速率更快。分析其原因，在其他條件一致的前提下，提高溫度會(huì)使材料老化速度加快，ΔE*值變化速率隨之加快。由此推測(cè)，PVC-U 型材對(duì)溫度因素非常敏感，提高溫度能加快材料的老化速率。從ΔE*值來看，達(dá)到同樣的外觀老化程度，從快到慢依次為：金屬鹵素?zé)?/FONT>55 ℃連續(xù)試驗(yàn)、金屬鹵素?zé)?/FONT>40 ℃連續(xù)試驗(yàn)、紫外燈試驗(yàn)、氙燈試驗(yàn)。分析其原因，PVC-U 型材中的C—H 和C—Cl 敏感波長(zhǎng)均在紫外光區(qū)，紫外燈試驗(yàn)是對(duì)日光中紫外光譜的強(qiáng)化，因此老化速率較快。氙燈試驗(yàn)對(duì)自然日光的模擬主要集中在紫外光和可見光部分，因此從老化速率上相對(duì)紫外燈試驗(yàn)緩慢。金屬鹵素?zé)羰枪庾V范圍在280～3 000 nm 的全光譜試驗(yàn)，除了紫外和可見光，還包括了紅外光譜。盡管紫外光是引起老化的主要因素，紅外光和可見光不會(huì)使大多數(shù)化學(xué)鍵斷裂，但材料在吸收紅外線和可見光后產(chǎn)生的熱能會(huì)加速高分子的降解。金屬鹵素?zé)暨B續(xù)試驗(yàn)對(duì)PVC-U 型材的老化速率比較快，由此推測(cè)PVC-U 型材對(duì)熱這一因素比較敏感，其材料比較容易吸收日光中的紅外線，然后轉(zhuǎn)換成為熱能，同時(shí)在光和氧的相互作用下，使老化進(jìn)程變快。另外紫外燈試驗(yàn)相對(duì)金屬鹵素?zé)粼囼?yàn)較慢的原因，除了上述光譜分布外，試驗(yàn)設(shè)計(jì)也是一個(gè)因素。由于考慮到實(shí)際應(yīng)用，本次紫外燈試驗(yàn)參考了GB/T 16422.3－1997 中7.2 暴露方式1的要求，即采用輻照8 h、無輻照4 h 為1 個(gè)周期，光照周期僅占整個(gè)周期的2/3，因此從總試驗(yàn)時(shí)間來說相對(duì)較長(zhǎng)。
二、沖擊強(qiáng)度
試驗(yàn)后樣品參照GB/T 8814—2004 相關(guān)要求測(cè)試沖擊強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。所有試驗(yàn)后樣品沖擊強(qiáng)度值均隨著時(shí)間的增加總體趨勢(shì)減小，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)上下波動(dòng)主要是由于樣品的不均勻性引起。從趨勢(shì)來看，試驗(yàn)A 和B 比較相近；從變化速率排序來看，沖擊強(qiáng)度與色差變化排序基本一致。
三、 紅外光譜分析
對(duì)試驗(yàn)B 金屬鹵素?zé)?/FONT>40 ℃試驗(yàn)400 h 前后的譜圖進(jìn)行分析，如圖3所示。PVC-U型材的主要成分是聚氯乙烯，試驗(yàn)前在2 854～2 921 cm-1處出峰，推測(cè)是飽和烷烴C—H 伸縮振動(dòng)。在2 854～2 921 cm-1處基本看不到峰，而出現(xiàn)了3 396 cm-1的峰，推測(cè)3 396cm-1處的峰是被氧化后的O—H 伸縮振動(dòng)。PVC-U型材試驗(yàn)前在1 434 cm-1處出峰，推測(cè)是—CH2—彎曲振動(dòng)，試驗(yàn)后—CH2—峰值有所減弱，估計(jì)是部分被老化脫去的原因。同時(shí)，在1 630 cm-1處出峰，推測(cè)是C＝C 伸縮振動(dòng)，原因是C—Cl 鍵能相對(duì)較小，受到光輻射后—H 和—Cl 不穩(wěn)定脫出，在材料內(nèi)部形成C＝C 結(jié)構(gòu)。從理論上說，出現(xiàn)C＝C 后顏色即會(huì)發(fā)生改變，雙鍵數(shù)目越多，顏色越深，這和前面色差比較的結(jié)果是一致的。同時(shí)，脫出的游離HCl 的存在對(duì)聚氯乙烯的分解有催化作用，這樣也解釋了顏色在某種程度上“突變”的情況。圖3 中其他試驗(yàn)與試驗(yàn)B 的譜圖非常相似，出峰位置基本一致，可見上述幾種試驗(yàn)的老化產(chǎn)物基本一致。
四、相關(guān)性研究
對(duì)同批次樣品自然氣候試驗(yàn)下的結(jié)果與人工氣候試驗(yàn)下的結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，在自然氣候下，樣品ΔE*值在試驗(yàn)開始后短時(shí)期內(nèi)快速上升，在達(dá)到一定程度后緩慢上升，與人工氣候下的樣品有一定區(qū)別。分析其原因，戶外空氣及降雨中的污染物包括煙塵、懸浮顆粒物、汽車尾氣以及其他有機(jī)物等在樣品表面吸附或與樣品表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以盡管試驗(yàn)后進(jìn)行了清洗卻無法完全清除，導(dǎo)致樣品表面顏色快速變化。在試驗(yàn)后期，隨著材料老化進(jìn)程的深入，樣品表面逐漸被老化，ΔE*值逐漸增大。從加速倍率來看，自然氣候老化和人工氣候老化的相關(guān)性并非恒定，隨著人工試驗(yàn)的進(jìn)行，試驗(yàn)加速倍率均呈現(xiàn)比較相似的走勢(shì)——逐步增加并且增加幅度逐漸加大。從沖擊強(qiáng)度來看，其排序與ΔE*值變化一致。
五、試驗(yàn)結(jié)論
1）針對(duì)PVC-U 型材，達(dá)到同樣的外觀色差，從快到慢依次為：金屬鹵素?zé)?/FONT>55 ℃連續(xù)試驗(yàn)、金屬鹵素?zé)?/FONT>40 ℃連續(xù)試驗(yàn)、紫外燈試驗(yàn)、氙燈試驗(yàn)。沖擊強(qiáng)度與色差變化排序基本一致。
2）通過色差值、沖擊強(qiáng)度值的變化比較了自然氣候和人工氣候的相關(guān)性，其結(jié)果是：隨著人工試驗(yàn)的進(jìn)行，加速倍率逐步增加且增幅逐漸加大。
3）PVC-U 型材對(duì)溫度比較敏感，提高溫度能加快材料的老化速率。紫外光是引起材料老化的主要因素。材料在吸收紅外線和可見光后產(chǎn)生的熱能會(huì)加速材料老化，因此紅外線對(duì)材料老化的影響不可忽視。http://ggswu.com
