為了解高分子材料和產(chǎn)品的耐候性，常常使用實驗室光源來模擬和強化自然氣候中的光、熱、氧、濕和降雨等老化破壞因素，尤其是光，以加速高分子材料的老化，由此評定其性能變化，期望在短期內(nèi)獲得近似于自然氣候的耐候性結(jié)果。氙燈人工加速老化試驗箱(以下簡稱氙燈人工老化箱)是實驗室進(jìn)行塑料、涂料等高分子材料加速老化試驗的常用設(shè)備，隨著氙燈人工老化箱的研制發(fā)展，種類、型號越來越多，目前廣泛應(yīng)用的有水冷和氣(風(fēng))冷兩種。采用相同標(biāo)準(zhǔn)但使用不同類型或型號的氙燈人工老化箱進(jìn)行試驗是否存在差異，是眾多企業(yè)高度關(guān)注的問題。本文主要闡述聚乙烯薄膜及涂料在不同類型氙燈人工試驗箱的試驗與結(jié)果。
一、試驗
1、試驗樣品
聚乙烯塑料薄膜(厚度0．08～0．09m m)；汽車面漆試樣(白色和黃色)二種、外墻涂料試樣一種，樣品尺寸：150m m×75m m。
2、老化試驗設(shè)備
氙燈人工試驗箱，水冷式：美國A TLA S公司產(chǎn)C I5000、CI6500；國產(chǎn)LH S—X 1 I 65。氣冷式：美國Q—Panel公司產(chǎn)Q—SUN3000。
3、老化試驗依據(jù)
GB／T16422．2—1999《塑料實驗室光源暴露試驗方法第二部分：氙弧燈》；GB／T1865—1997《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露》。
二、結(jié)果與討論
1、相同塑料薄膜在不同型號氙燈人工試驗箱的試驗結(jié)果
本試驗選用對拉伸指標(biāo)比較敏感的聚乙烯塑料薄膜作受試材料，依據(jù)GB／T16422．2—1999的規(guī)定，選定試驗條件為⋯：光輻照度0．5w／m(340nm)，黑標(biāo)準(zhǔn)溫度(65±5)℃；相對濕度(70±5)％；噴淋時間／光照時間l8m in／102m in。試驗時間為1200小時。聚乙烯塑料薄膜在不同型號氙燈人工老化箱的老化試驗結(jié)果見表I。
由表l可知，受試聚乙烯薄膜在CI S O00、CI6500和LH S三種型號水冷式氙燈人工老化箱中經(jīng)1200小時的老化試驗，拉伸強度結(jié)果和下降趨勢基本一致，而其在風(fēng)冷式氙燈人工老化箱中的老化試驗，拉伸強度的下降趨勢明顯比其他水冷式氙燈試驗箱快得多。斷裂伸長率保持率是塑料薄膜老化比較敏感的指標(biāo)，由表l可看出：受試薄膜經(jīng)1200小時的老化試驗，斷裂伸長保持率下降至0～40％之間，以風(fēng)冷式的Q—SU N老化下降速度最快，薄膜經(jīng)1000小時老化就已經(jīng)脆裂；其次是水冷式LH S—X 1I 65，經(jīng)1200小時老化斷裂伸長率保持率約為l6％；下降比較緩慢的是水冷式的cI系列，經(jīng)l200小時老化斷裂伸長率保持率約為40％，兩者下降趨勢基本一致。
2、相同汽車面漆在不同型號氙燈人工老化箱的試驗結(jié)果
本試驗選用顏色比較淺的白色和黃色汽車面漆作受試材料，依據(jù)GB／T1865—1997的規(guī)定，選定試驗條件為：光輻照度0．5W／m。(340nm)，黑板溫度(65±2)℃；相對濕度(60～80)％；噴水時間／不噴水時間18m i n／102m i n。試驗時間為1000小時。經(jīng)不同型號氙燈人工老化箱老化的汽車面漆的表面性能變化結(jié)果見圖1～圖4。
經(jīng)1000小時的氙燈老化試驗的二種不同淺顏色的汽車漆的失光率和顏色色差A E隨老化時間的變化，從圖1和圖3可以看到：在水冷式的氙燈人工老化箱中的樣品光澤幾乎沒有變化，無論是CI5000還是LH S氙燈人工老化箱中的試樣，在老化800小時后才有很低的失光率，兩者差別極��；而在風(fēng)冷式的Q—SUN氙燈人工老化箱中的樣品，老化僅200小時樣品表面光澤就開始變化，失光率快速上升，與風(fēng)冷式氙燈人工老化箱經(jīng)歷相同老化時間失光率相差一個級別。但有意思的是，受試樣品的色差變化卻表現(xiàn)出與失光率不相吻合的結(jié)果，色差△E的變化也在老化200小時后開始增大，卻以CI5000變化最快，LH S次之，Q—SU N最慢，老化1000小時后CI 5000與Q—SUN的受試樣品色差△E值大小相差接近1倍。
3、相同外墻涂料在不同型號氙燈人工老化試驗箱的試驗結(jié)果
本試驗還選用外墻涂料(漆)作受試材料，依據(jù)GB／T1865的規(guī)定，選定試驗條件為J：光輻照度0．5W／m(340nm)，黑板溫度(65±2)℃；相對濕度(60—80)％；噴水時間／不噴水時間18m in／102m in。試驗時間為600小時。外墻涂料在不同型號氙燈人工老化箱老化試驗的表面性能變化結(jié)果見圖5、6。受試外墻涂料經(jīng)600小時的氙燈老化，出現(xiàn)1級變色的時間在三個氙燈人工老化箱中是不同的(見圖5)，以在CI5000中的樣品最快，400小時，在LH S中的500小時。而在Q—SUN中的要經(jīng)600小時。
受試外墻涂料經(jīng)歷老化時表面發(fā)生粉化現(xiàn)象的時間也有差異。經(jīng)200小時氙燈老化，在LH S和Q—SUN中試驗的樣品都同時出現(xiàn)1級粉化現(xiàn)象，而相同樣品在CI5000中老化250小時才出現(xiàn)1級粉化，而且經(jīng)600小時老化仍然保持1級粉化，但LH S中和Q—SUN中的相同樣品就分別在500和600小時時出現(xiàn)2級粉化現(xiàn)象(見圖6)。
4、不同氙燈人工老化箱的特點差異
為快速評定材料自然使用時的耐候性而廣泛使用人工老化加速試驗，以氙燈為人工光源的老化試驗箱是目前使用比較多的。一直以來，大量研究成果都應(yīng)用在方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂中，包括ISO、A STM和GB，都無一例外地規(guī)定氙燈老化試驗條件主要有光輻照度、溫度、相對濕度和噴水周期。本試驗完全遵循所引用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗條件，各氙燈人工老化箱的試驗條件與特點見表2。
由表2數(shù)據(jù)可見，雖然試驗所用的氙燈人工老化箱的主要試驗條件，包括光輻照度、溫度、相對濕度和噴水周期被調(diào)節(jié)為符合標(biāo)準(zhǔn)的相同要求，所用噴淋水的純度也是控制在標(biāo)準(zhǔn)最低要求內(nèi)，同時共用。但是不同型號的氙燈人工老化箱由于制造的不同，與試驗相關(guān)的部分特點仍然存在差異之處，比如，氙燈數(shù)量和氙燈功率、冷卻方式、試樣架方式和噴淋試樣方式、以及試樣與光源的垂直距離。
另一方面，從設(shè)備供應(yīng)商提供的光源光譜圖(見圖7、8，無LH S譜圖)中，也可以看出，C I5000、C I6500和Q—SU N在波長300t xm一800t xm的光譜是存在一定差異的。
5、氙燈人工老化箱特點差異與老化結(jié)果
相同受試樣品在依據(jù)規(guī)定的試驗條件下，在上述幾個型號的氙燈人工老化箱中進(jìn)行老化試驗，其試驗結(jié)果存在老化速度快慢和老化現(xiàn)象的不同。雖然GB／T16422．2已經(jīng)指出：“不同型號的裝置所得的試驗結(jié)果不宜進(jìn)行比較，除非受試材料在這些裝置問的重現(xiàn)性已被確定”，但是，很多不同產(chǎn)品都會引用方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行老化性能評定，那如何保證被評定產(chǎn)品老化質(zhì)量的同一性呢?為什么同一受試樣在相同試驗條件下未能獲取相同或近似的試驗結(jié)果呢?
眾多研究成果都表明，氙燈光源是氙燈人工老化最主要的影響因素，本試驗所選用幾個型號的氙燈人工老化箱，水冷式老化箱使用1支氙燈，功率有不同大小，風(fēng)冷式老化箱使用3支氙燈，總功率為5400W，但無論是使用1支還是3支氙燈，在340p~m波長點控制的光輻照度為0．5W／m都是一致的。但是，從圖7與圖8中我們可以看到：在300t xm一800t xm波長范圍內(nèi)，CI5000與CI6500的光譜是吻合的，在300 t xm一400t xm波長內(nèi)，CI系列與Q—SU N光譜大致是一致的，而在400 t xm一800 t xm波長內(nèi)，兩者的波型和波峰存在顯見的差別，說明該波段光強度有可能存在差異。這極有可能會對材料發(fā)生老化(降解)的速度快慢和現(xiàn)象產(chǎn)生影響。
另一方面，試樣架和噴淋試樣方式，以及試樣與光源的垂直距離在不同氙燈人工老化箱中都存在差別。試樣雖然都以同樣方式固定，但樣架轉(zhuǎn)動有可能更利于試樣的溫度均勻分布，托盤可能會造成“背板”效應(yīng)導(dǎo)致局部熱積聚，從而使試樣老化速度加快。噴淋試樣主要是為了模擬自然氣候中的“毛毛細(xì)雨”或“傾盤大雨”的降雨，不同氙燈人工老化箱使用霧噴淋或水噴淋，霧噴淋在霧化過程有可能把空氣中極微細(xì)污染物“攜帶”附在試樣表面，使得試樣表面“污臟”，導(dǎo)致試樣表面性能變差。水噴使試樣“污臟”的可能很少，試樣某些表面性能就會變化較慢。試樣與光源的垂直距離的差別也有可能是引起材料老化結(jié)果不同的因素之一。
氙燈人工老化箱在以上幾個方面的不同，有可能使受試的塑料薄膜在Q—SUN試驗箱中更快地發(fā)生分子斷裂引起斷裂伸長率下降。也有可能使受試汽車漆在CI 5000等試驗箱中發(fā)生變色但并不失光，而涂料老化往往是從失光開始的。同時也可能使外墻涂料在Q—SUN試驗箱中加快出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。http://ggswu.com
