不同型号氙灯人工加速老化试验.pdf

4 陈金爱等不同型号氙灯人工加速老化试验 不同型号氙灯人工加速老化试验8 陈金爱 郑玉梅 余雪辉 广州合成材料研究院 广东广州 5 1 0 6 6 5 摘要 本试验选择聚乙烯薄膜 汽车漆和外墙涂料试样 依据标准规定的试验条件 在不同型号的氙 灯人工老化试验箱中进行人工加速老化试验 结果发现塑料 涂料在不同型号氙灯人工老化试验箱试验的 老化现象都有些差异 认为不同型号氙灯人工老化的试验结果不宜比较 建议在评定同类产品老化性能 时 使用相同型号的氙灯人工老化试验箱 关键词 氙灯 人工老化 塑料薄膜 汽车漆 外墙涂料 中图分类号 T Q 3 1 7 6 A r t i n c i a lA c c d e r a t e dW e a t h e 血gT e s t sU s i I I gD e 舶n n tM o d e l so fX e n o nW e a t h e m m e t e r C H E NJ i n a i Z H E N GY u m e i Y UX u e h u i G u a n g z h 叫R e s e a r c hI I l 出t u t e0 f S y n t l l e d cM a t e r i a l s G u 皿g z h o u5 1 0 6 6 5 c u a l l g d o n g c h i n a A b s 岫d A 而疗c i a la c c e I e r a t e dw e a 出 I l gt e s 协w e r ec a r r i e d0 u tb yu 3 i n g0 u t b yu s i l l gd i f f e r e n tm o d e l so f x 明一 o nw e a 出e r o m e t e ru n d e rt l l es 蛐et e s tc 佣d i t i o n si na c c o r d i n gt oG Bt e s ts 协n d a r d 8f o rs e l e c t e ds a m p l e si n c l u d i n g p o b e 血y l e n e 矗1 m a m o m o b i l ec o a t i n g 粕do u t d 0 0 rc 呻b n g T h et e s tr e s u h 3s h 洲t 1 1 a tf o rc e 血i nt e s t e ds a m p l e b o 出0 ft l ea 矛n gm t ea n dt I I ea g i n gp h e 0 m e n ai nam o d e li so b v i o u r s I yd i f e r e n tt 0t 1 1 a ti nm l o 血e ro n e I t i s t I l e 蹦b r ec o n s i d e r e dt L a ta g i r I gt e s tr e s u l t sf md e f b r e n tm o d e l 80 fx e n o nw e 出e r o m e 妞 w o u l dn o tb ec o m p a r a b l e I t i ss u g g e 3 t e du s i gt h e 蛆m em o d e lo fx e n o nw e a t l e r o m e t e ri ne v a l u a t i n gt l ea g i n gp r o p e r t i e sf o rc e n a i nt y p eo f p 1 0 d u c t K e yw o r d s x e n o nl 锄p a n m c i a lw e a t h e 1 1 9 P l a 嘶c 8 脚m a u t o b o m i l ec o a t i g o u t d o o rc o a d n g 为了解高分子材料和产品的耐候性 常常使 用实验室光源来模拟和强化自然气候中的光 热 氧 湿和降雨等老化破坏因素 尤其是光 以加速高分子材料的老化 由此评定其性能变 化 期望在短期内获得近似于自然气候的耐候性 结果 氙灯人工加速老化试验箱 以下简称氙灯 人工老化箱 是实验室进行塑料 涂料等高分子 材料加速老化试验的常用设备 随着氙灯人工老 化箱的研制发展 种类 型号越来越多 目前广 泛应用的有水冷和气 风 冷两种 采用相同标准 但使用不同类型或型号的氙灯人工老化箱进行试 验是否存在差异 是众多企业高度关注的问题 本文主要阐述聚乙烯薄膜及涂料在不同类型氙灯 人工试验箱的试验与结果 收稿日期 2 0 0 7 一0 3 一1 9 基金项目 广东省科技计划项目 顶月编号 2 0 0 j b 0 2 0 4 l 试验 1 1 试验样品 聚乙烯塑料薄膜 厚度o 0 8 O 0 9 m m 汽车 面漆试样 白色和黄色 二种 外墙涂料试样一种 样品尺寸 1 5 0 m m 7 5 u n 1 2 老化试验设备 氙灯人工试验箱 水冷式 美国A T L A s 公司 产c 1 5 0 0 0 c 1 6 5 0 0 国产L H s x 6 5 气冷式 美国Q P a I I e l 公司产Q s u N 3 0 0 0 1 3 老化试验依据 G B T 1 6 4 2 2 2 一1 9 9 9 塑料实验室光源暴露试 验方法第二部分 氙弧灯 G B T 1 8 6 5 一1 9 9 7 色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露 万方数据 2 0 0 7 年第3 6 卷第3 期合成材料老化与应用 5 2 结果与讨论 2 1 相同塑料薄膜在不同型号氙灯人工试验箱的 试验结果 本试验选用对拉伸指标比较敏感的聚乙烯塑料 薄膜作受试材料 依据G B T 1 6 4 2 22 1 9 9 9 的规 定 选定试验条件为 光辐照度05 W m 2 3 4 0 n m 黑标准温度 6 5 5 相对湿度 7 0 5 喷淋时间 光照时间1 8 m i I 1 0 2 m i n 试验时间为 2 0 0 小时 聚乙烯塑料薄膜在不同型号氙灯人工老化箱的 老化试验结果见表1 表1 经不同型号氙灯人工老化箱老化的 聚乙烯塑料薄膜的拉伸性能 气候老化 拉伸强度y M P 且断裂伸长率 箱型号 Oh6 0 0h1 2 0 0h0h6 0 0h1 2 0 0h C 1 5 0 0 02 l6 1 64 1 3 4 3 5 63 5 9 1 4 9 C 1 6 5 0 02 1 6 1 87 1 3 63 5 6 扣0 1 4 1 1 H S X 6 5 2 1 61 5 51 3 23 5 63 1 55 5 0 一S O N 3 0 0 0 2 161 223 5 61 1 8 注 样品在1 0 0 0h 时已脆裂 不能测试 由表1 可知 受试聚乙烯薄膜在c 1 5 0 0 0 c 1 6 5 0 0 和L H s 三种型号水冷式氙灯人工老化箱中 经1 2 0 0 小时的老化试验 拉伸强度结果和下降趋 势基本一致 而其在风冷式氙灯人工老化箱中的老 化试验 拉伸强度的下降趋势明显比其他水冷式氙 灯试验箱快得多 断裂伸长率保持率是塑料薄膜老化比较敏感的 指标 由表1 可看出 受试薄膜经1 2 0 0 小时的老 化试验 断裂伸长保持率下降至o 4 0 之间 以 风冷式的Q s u N 老化下降速度最快 薄膜经1 0 0 0 小时老化就已经脆裂 其次是水冷式L H s x 6 5 经1 2 0 0 小时老化断裂伸长率保持率约为1 6 下 降比较缓慢的是水冷式的C I 系列 经1 2 0 0 小时老 化断裂伸长率保持率约为4 0 两者下降趋势基 本一致 2 2 相同汽车面漆在不同型号氙灯人工老化箱的 试验结果 本试验选用颜色比较浅的白色和黄色汽车面漆 作受试材料 依据G B T 1 8 6 5 一1 9 9 7 的规定 选定 试验条件 2 1 为 光辐照度O 5 碡y m 2 3 4 0 n m 黑板 温度 6 5 2 相对湿度 6 0 一8 0 喷水时 间 不喷水时间1 8 m l n 1 0 2m l n 试验时间为1 0 0 0 小时 经不同型号氙灯人工老化箱老化的汽车面漆的 表面性能变化结果见图1 一圈4 老化时间 h 图1 经不同型号氙灯老化箱试验汽车漆 白色1 失光率的变化 i 慝 臣 老化时间一h 图2 妊不同型号氤灯老化箱试验汽车漆 白色 色差 E 的变化 褂 鬟 米 隧豢爹匿圈 i 箧塑整藿型幽 02 0 04 0 0 6 D 08 0 010 0 0 2 0 0 老讫时间肺 圈3 经不同型号氙灯老化箱试验汽车漆 黄色 失光奉的变化 蘸 固 老化肘l 司弛 图4 经不同型号氙灯老化箱试验汽车漆 黄色 色差 的变化 经l o o O 小时的氙灯老化试验的二种不同浅颜 色的汽车漆的失光率和颜色色差 E 随老化时间的 变化 从图1 和图3 可以看到 在水冷式的氙灯人 工老化箱中的样品光泽几乎没有变化 无论是 c 巧0 0 0 还是L H s 氙灯人工老化箱中的试样 在老 化8 0 0 小时后才有很低的失光率 两者差别极小 而在风冷式的Q s u N 氙灯人工老化箱中的样品 老化仅2 0 0 小时样品表面光泽就开始变化 失光率 快速上升 与风冷式氙灯人工老化箱经历相同老化 时问失光率相差一个级别 但有意思的是 受试样 品的色差变化却表现出与失光率不相吻合的结果 色差 E 的变化也在老化2 0 0 小时后开始增大 却 以c 1 5 0 0 0 变化最快 L H S 次之 Q s u N 最慢 老 化1 0 0 0 小时后c 1 5 0 0 0 与Q s u N 的受试样品色差 E 值大小相差接近1 倍 万方数据 6 陈金爱等不同型号氙妇人1 加速老化试验 2 3 相同外墙涂料在不同型号氙灯人工老化试验 箱的试验结果 本试验还选用外墙涂料 漆 作受试材料 依据G B 8 6 5 的规定 选定试验条件为 光辐 照度o 5W m 2 3 4 0 n m 黑板温度 6 5 2 相 对湿度 6 0 8 0 喷水时问 不喷水时间1 8 m i n 1 0 2 m i n 试验时间为6 0 0 小时 外墙涂料在不同型号氙灯人工老化箱老化试验 的表面性能变化结果见图5 6 受试外墙涂料经6 0 0 小时的氙灯老化 出现l 级变色的时间在三个氙灯人工老化箱中是不同的 见图5 以在c 1 5 0 0 0 中的样品最快 4 0 0 小时 在L H s 中的5 0 0 小时 而在Q s u N 中的要经6 0 0 小时 图5 外墙漆在不同老化试验霜试验出现l 级变色的时间 受试外墙涂料经历老化时表面发生粉化现象的 时间也有差异 经2 0 0 小时氙灯老化 在L H s 和 Q s u N 中试验的样品都同时出现l 级粉化现象 而 相同样品在c 1 5 0 0 0 中老化2 5 0 小时才出现1 级粉 化 而且经6 0 0 小时老化仍然保持1 级粉化 但 L H S 中和Q s u N 中的相同样品就分别在5 0 0 和6 0 0 小时时出现2 级粉化现象 见图6 图6 外墙漆在不同老化试验箱试验出现粉化的时间 2 4 不同氙灯人工老化箱的特点差异 为快速评定材料自然使用时的耐候性而广泛使 用人工老化加速试验 以氙灯为人工光源的老化试 验箱是目前使用比较多的 一直以来 大量研究成 果都应用在方法标准的制订中 包括I S 0 A s T M 和G B 都无一例外地规定氙灯老化试验条件主要 有光辐照度 温度 相对湿度和喷水周期 本试验 完全遵循所引用标准规定的试验条件 各氙灯人工 老化箱的试验条件与特点见表2 表2 不同氙灯人工老化箱的试验条件与特点 序号特点与参数 C 1 5 0 0 0 C 1 6 5 0 0L I S x 1 珏5O t I J n 3 0 0 0 L 光辐照崖 05050505 I l F 3 4 0 n 黑标准温度 6 5 56 5 56 5 56 5 5 2试 塑料 验 黑板温度 涂料 6 5 26 5 2 6 5 26 5 2 条 州 相对湿度 塑料 7 0 57 0 5 7 0 57 0 5 3 涂料 6 0 8 06 0 8 06 0 8 06 0 8 0 喷水时间 不喷水 41 8 l f 疆 8 1 0 21 8 1 0 21 8 门0 2 时间 删 m 岫 喷淋水电导率 O 0 7 00 7 5O 0 7 2 00D 7 20 2O2 O 6 氚灯数量 支 l 1 l3 7 氙灯功率 瓦 5 0 0 06 5 0 06 5 0 01 8 0 0 3 8 冷却方式水冷水冷水冷M 玲 9 样品架方式转动转动转动托盘 l O 喷淋试样方式雾喷淋 水喷淋非完每雾喷水喷淋 试样与光源垂直 1 1 4 5 0 4 5 0 3 2 03 5 0 距离 n m 由表2 数据可见 虽然试验所用的氙灯人工 老化箱的主要试验条件 包括光辐照度 温度 相对湿度和喷水周期被调节为符合标准的相同要 求 所用喷淋水的纯度也是控制在标准最低要求 内 同时共用 但是不同型号的氙灯人工老化箱 由于制造的不同 与试验相关的部分特点仍然存 在差异之处 比如 氙灯数量和氙灯功率 冷却 方式 斌样架方式和喷淋试样力式 以及试样与 光源的垂直距离 另一方面 从设备供应商提供的光源光谱图 见图7 8 无L H s 谱图 中 也可以看出 C 1 5 0 0 0 c 1 6 5 0 和Q s u N 在波长3 0 0 m 8 0 0 汕m 的光谱是存在一定差异的 图7 氙灯人工老化箱 c 巧0 0 0 cJ 6 5 0 0 在波长 3 0 0 一8 0 0 1 的光源光谱 万方数据 2 0 0 7 年第3 6 卷第3 期 合成材料老化与应用 图8 氙灯人工者化箱 U 轧啊J 在渡长瑚脚n 岬的光源光谱 2 5 氙灯人工老化箱特点差异与老化结果 相同受试样品在依据规定的试验条件下 在上 述几个型号的氙灯人工老化箱中进行老化试验 其 试验结果存在老化速度快慢和老化现象的不同 虽 然c B T 1 6 4 2 2 2 已经指出 不同型号的装置所得 的试验结果不宜进行比较 除非受试材料在这些装 置问的重现性已被确定 但是 很多不同产品都 会引用方法标准进行老化性能评定 那如何保证被 评定产品老化质量的同一性呢 为什么同一受试样 在相同试验条件F 未能获取相同或近似的试验结 果呢 众多研究成果都表明 氙灯光源是氙灯人工老 化最主要的影响因素 本试验所选用几个型号的氙 灯人工老化箱 水冷式老化箱使用1 支氧灯 功率 有不同大小 风玲式老化箱使用3 支氖灯 总功率 为5 4 0 0 w 但无论是使用1 支还是3 支氙灯 在 3 4 0 m 波长点控制的光辐照度为05 w m 2 都是一 致的 但是 从图7 与图8 中我们可以看到 在 3 0 0 斗m 8 0 0 m 波长范围内 c 1 5 0 0 与c 1 6 5 0 0 的 光谱是吻合的 在3 0 m 一4 0 0 n 波长内 C I 系 列与Q s u N 光谱大致是一致的 丽在4 0 0 斗m 8 0 0 m 波长内 两者的波型和波峰存在显见的差 别 说明该波段光强度有可能存在差异 这极有可 能会对材料发生老化 降解 的速鹱快慢和现象产 生影响 另一方面 试样架和喷淋试样方式 以及试样 与光源的垂直距离在不同氤灯人工老化箱中都存在 差别 试样虽然都以同样方式崮定 但样架转动有 可能更利于试样的温度均匀分布 托盘可能会造成 背板 教应导致局部热积聚 从丽使试样老化速 7 度加快 喷淋试样主要是为了模拟自然气候中的 毛 毛细雨 或 倾盘大雨 的降雨 不同氙灯人工 老化箱使用雾喷淋或水喷淋 雾喷淋在雾化过程有 可能把空气中极微细亍亏染物 携带 附在试样表 面 使得试样表面 污脏 导致试样表面性能变 差 水喷使试样 污脏 的可能很少 试样某些 表面性能就会变化较慢 试样与光源的垂直距离的差g I 也有可能是引起 材料老化结果不同的因素之一 氙灯人1 老化箱在以上几个方面的不同 有 可能使受试的握料薄膜在Q S u N 试验箱巾更快地 发生分子断裂引起断裂伸长率下降 也有可能使 受试汽车漆在c 1 5 0 0 0 等试验箱中发生变色但并不 失光 而涂料老化往往是从失光开始的 葡时也 可能使外墙涂料在Q s u N 试验箱中加快出现粉化 现象 3 小结 1 聚乙烯薄膜 汽车漆和外墙涂料依据标准 规定的试验条件 在不同类型或型号的氙灯人工老 化箱中进行老化试验 相同受试样品的老化速度和 老化现象存在明显差异 2 聚乙烯薄膜在不同型号的氙灯人工老化 箱中经历老化 断裂伸长率保持率以O s u N 氙灯 人工老化箱老化下降速度最快 其次是T J 玲一xE 6 5 比较缓慢的是c I 系列 3 涂料 汽车漆 外墙涂料 在不同型号的 氙灯人工老化箱中经历老化 色差 E 增大以 c 巧O o o 氙灯人工老化箱最快 L H s 次之 Qs u N 最慢 其差异接近l 倍 失光以风冷式Q s u H 氙 灯人工老化箱最大且速度最快 L H s 和c 巧0 0 0 较 慢较低 在相同老化时间时失光率两者相差一个级 别 最睫出现粉化现象的是Q s I J N 和T H s 氙灯人 工老化箱外墙涂料试样 粉化级别随老化时间延长 加大 c r 5 0 0 0 试样出现粉化较慢 级别加大速度 也比较慢 4 使用不同型号氙灯人工老化箱老化的试 验结果不宜进行相互比较 在评定同一产品老化性 能时 建议使用相同类型和型号的氙灯人工老 化箱 下转第4 8 页 万方数据 4 8 李文涛等二氧化硅会i L 膜材料的研究进展及应用前景 t r a n 8 p a r e n ts i l i c a s u r f a c t a n tn a n o c o m p o s l t e 矗1 1 1 1 s w i 山c o n t r o l l e dm i c m s t m c t u r e s B u l lC h e mS o c J p n 1 9 9 7 7 0 2 8 3 3 2 8 3 7 2 8 H u a n gMH D u n n 日S S o y e zH e ta 1 I ns i t u p 出i n gb yn u o r e s c e n c c 印e c t m S c o p yo f 七h ef o 卜 m a 娃o no fc o n b n u o u sh i g h l y o r d 啪d a m e U a r p h a s em e s o s t m c t L l r e d 山i n6 l m s J L 邮g m u i r 1 9 9 8 1 4 7 3 3 l 7 3 3 3 2 9 L uY G 皿d g u l iR D r e w 记nC C 叫血n u o u sf 0 珊a 一 i o n0 fs u p p o n e dc u b i ca I l dh e x a g o n a lm e 卯p o m u s n l r n sb y 舫l 一舻ld I p c o a t i g J N a t u 1 9 9 7 3 8 91 3 6 4 3 6 8 3 0 Y 柚gH K u p e 珊a nA C 0 0 m b sN e ta 1 S y n t h e s i s o f 喊e n t e d6 l l so fm e s o 口o r o u s8 i l i c a m i c a N a t u r e 1 9 9 6 3 7 9 7 0 3 7 0 5 3 1 H i I l l l o u s eHw E g m o n dJw T 1 8 p a 担i sM H i 洲y o d e n t e dm e 8 0 8 t n l c t u r e d 山h6 l r n s s h e 盯 i n d u c e d d p o s 试o no f 叩b c a 逝嘶 n D p i cc 在n g 吕0 ft I m g s t e n 删d e r s u d 她t 跚tc o m p o s i t e s k L n g r n u i r 1 9 9 9 1 5 4 5 4 4 4 5 5 0 3 2 N i 5 h i y 哪aN S 印u 廿aH P a r kDH c ta 1 Z i r c D n i u m c 衄t a i n i n gm e s o p o r o u ss i l i c aZ r M C M 4 8f o r a l k a l ir e s i s t a n t 矗l t r a t i o nm e m b r a n e s fJ JM e m b r S c i 2 0 0 3 2 1 8 1 6 5 1 7 1 3 3 史克英 季春阳 等 s B A 一1 6 薄膜内生长碳纳米 管阵列及其F e 的填充 J 化学学报 2 0 0 4 2 2 2 2 7 0 一2 2 7 2 3 4 G W i m s b 8 唱e r B J S c o t t G D S t u c k y p H s e n s i n gw i l hm e s o p o r o u st h i n6 l I I s C h e m C o m m 2 0 0 1 1 1 9 3 5 P n n o c e n z i A M a n u c c I M C u d i e I m I A B e r z D t t l E T m v e r s 日 E 1 e c t i c a la n ds t r u c I u r a l c h a r a c t e r i z a t i o no fm e s o p D r o u ss i l i c at h i nm m sa s h u m i d i t ys e l l s o 瑙 S e n s A c t u a t o r sB2 0 0 l 7 6 2 9 9 3 6 O D a g G A O z i n H Y a n g C R e b e r G B u s 一 3 i e r e P h o t o l u l i n e s c e n cs i l i c o nc l u s t e r si no e n t e dh e x 且g o n a lm e p o u ss i h c a 捌m s A d v M a 一 舰 1 9 9 9 1 l 6 4 7 4 争 夺 寺一幸 串 一 争 十 夺 牛 争 辛一争 争 串 争 啼 t 一 一 一寺 t 争 t 幸 幸 毒 上接第7 页 参考文献 l G B T 1 6 4 2 2 2 一1 9 9 9 塑料实验室光源暴露试验 方法第二部分 氙弧灯 s 2 G B T 1 8 6 5 一1 9 9 7 色漆和清漆人工气候老化和 人工辐射暴露 s 3 美国A T L A s 公司c