ISOTS 241102026 塑料 暴露于紫外线辐射和蠕变载荷的方法标准立项发展报告

塑料暴露于紫外线辐射和蠕变载荷的方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Plastics—MethodofExposuretoCombinedUVRadiationandCreepLoad摘要塑料材料在户外长期服役过程中，往往同时承受紫外线辐射和持续机械载荷的耦合作用。然而，传统老化试验通常将光老化与力学加载分别进行，难以真实反映材料在实际服役环境中的协同劣化行为，导致寿命评估结果与工程实践存在显著偏差。为系统解决这一技术瓶颈，国际标准化组织（ISO）制定并发布了ISO/TS24110:2026《塑料暴露于紫外线辐射和蠕变载荷的方法》。该标准以技术规范（TS）形式明确了塑料在紫外辐射与蠕变载荷联合作用下暴露试验的通用原理、试验装置要求、试样制备规范、加载方式、暴露周期及性能评价方法，填补了该领域国际标准的空白。本报告系统阐述了该标准的立项背景、技术内容框架、关键试验方法和预期应用价值，重点介绍了主要起草单位在标准研制过程中的技术贡献，并结合高分子材料老化领域的科研与工程需求，对未来标准升级为正式国际标准及拓展应用方向提出了展望。该标准的实施将为塑料制品在户外工程场景下的耐久性评价提供标准化技术依据，对推动材料可靠性评估体系的完善具有重要意义。关键词：塑料老化；紫外线辐射；蠕变载荷；协同老化；国际标准；耐久性试验Keywords:plasticsaging;UVradiation;creepload;synergisticaging;internationalstandard;durabilitytesting1引言1.1立项背景塑料材料因其质轻、耐腐蚀、易加工等优异特性，被广泛应用于建筑、汽车、航空航天、农业、电力通信等国民经济各个领域，且相当比例的应用场景为户外长期暴露。在户外服役条件下，太阳紫外线辐射是导致高分子材料老化的最主要环境因素之一。紫外线能够引发高分子链的断裂、交联和氧化反应，导致材料表面开裂、变色、力学性能急剧下降。与此同时，许多塑料构件在服役过程中还承受持续的静态载荷——例如屋面采光板承受风载荷和积雪载荷，塑料管材承受内压，土工格栅承受长期拉应力，光伏背板承受温差应力等。这种持续载荷引起的蠕变变形与紫外辐射引起的老化损伤相互叠加、相互促进，其协同效应远大于单一因素作用之和。然而，长期以来，无论是国际标准还是各国国家标准，塑料老化试验与力学蠕变试验始终分属两个独立的标准体系。人工加速老化试验（如GB/T16422系列、ISO4892系列）仅在无载荷状态下评价材料的光老化性能；蠕变试验（如GB/T11546、ISO899系列）则在恒温恒湿、无光照条件下评价材料的长期力学性能。二者之间的割裂导致实验室评价结果与材料实际服役寿命之间存在显著的系统性偏差——大量塑料制品在户外环境中提前失效，往往正是源于这种“光-力”耦合作用被低估甚至忽略。1.2标准制定的必要性从技术层面看，紫外辐射和蠕变载荷的耦合作用机制十分复杂。紫外线引发的化学老化会改变材料的分子结构和微观形态，降低其抵抗蠕变变形的能力；反过来，蠕变产生的应力集中和微裂纹扩展会暴露出新的材料表面，加速紫外辐射的渗透和老化反应的进行。这种物理-化学过程的交互作用，使得简单的“单因素试验+叠加计算”的方法无法准确预测材料的服役寿命。从产业需求看，塑料管道、土工合成材料、汽车外饰件、光伏组件背板、户外家具等产品的制造商和使用方，迫切需要一种标准化的试验方法来评价材料在光-力耦合条件下的耐久性能。材料供应商需要以此作为产品研发和质量控制的依据；工程设计单位需要以此作为选材和寿命评估的参考；第三方检测机构需要以此作为公正评价和认证的工具。在此背景下，国际标准化组织启动并完成了ISO/TS24110:2026的制定工作，于2026年4月21日正式发布。该标准作为一项技术规范（TechnicalSpecification），为光-力耦合老化试验的开展提供了统一的技术框架，对于完善塑料老化试验标准体系、推动材料服役性能评价技术的进步具有重要意义。2标准主要内容概述2.1标准基本信息ISO/TS24110:2026《塑料暴露于紫外线辐射和蠕变载荷的方法》由国际标准化组织（ISO）发布，标准状态为现行，归类于塑料综合领域。标准文本为英文版，采用电子版加密PDF格式发行。该标准属于技术规范（TS）类型，这意味着它在正式国际标准（IS）之前发布，旨在通过实践应用积累反馈数据，为后续升级为完整的国际标准奠定基础。2.2标准适用范围该标准适用于评价塑料材料在紫外辐射和持续拉伸蠕变载荷联合作用下的老化行为。标准所规定的试验方法适用于多种形态的塑料制品，包括但不限于：塑料片材和板材（如采光板、广告板）、塑料薄膜和薄片（如农用薄膜、防水卷材）、土工合成材料（如土工格栅、土工布）以及塑料管材的扁平试样等。需要指出的是，该标准主要针对拉伸蠕变载荷模式，对于压缩、弯曲等其他载荷模式仅作原则性说明，具体试验参数需另行协商确定。2.3规范性引用文件标准在编制过程中引用了一系列相关国际标准作为技术支撑，主要包括：-ISO4892系列（塑料实验室光源暴露试验方法）：规定了氙弧灯、荧光紫外灯等人工光源的老化试验方法，为本标准中紫外辐射条件的选择和辐照度控制提供了基础。-ISO899-1（塑料蠕变行为的测定第1部分：拉伸蠕变）：为蠕变载荷的施加、变形测量和数据处理提供了方法依据。-ISO527系列（塑料拉伸性能的测定）：为试样尺寸设计和拉伸性能测试提供了技术规范。-ISO291（塑料调节和试验的标准大气）：规定了试验环境的温湿度条件。-ISO188（硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和热老化试验）中的相关老化评价方法具有参考价值。2.4术语和定义标准中给出了多项关键术语的精确定义，包括但不限于：-紫外辐射（UVradiation）：波长范围在100nm至400nm之间的电磁辐射。需要明确的是，波长低于290nm的太阳紫外辐射在到达地球表面前已被大气层中的臭氧层基本吸收，因此户外暴露试验中重点关注的是290nm至400nm波段的UVA和UVB辐射。-蠕变载荷（creepload）：施加于试样上并保持恒定的静态拉伸力，其大小通常以试样初始截面积上的应力值（MPa）来表示。-协同老化（synergisticaging）：紫外辐射和蠕变载荷同时作用于材料时，二者之间产生相互促进的劣化效应，导致材料性能下降的速率大于单一因素作用之和。-失效判定（failurecriterion）：用于判定试样达到试验终点的性能阈值或物理状态，如断裂、表面裂纹密度、力学性能保持率等。3试验装置与试样制备3.1试验装置总体要求ISO/TS24110:2026对光-力耦合试验装置提出了系统的技术要求和配置方案，这是该标准的核心技术内容之一。标准要求试验装置应具备以下功能模块：紫外辐射系统：通常采用氙弧灯或荧光紫外灯作为辐射光源。氙弧灯的光谱分布更接近自然阳光，配备适当的滤光系统后可模拟户外阳光中的紫外波段；荧光紫外灯则以UVA-340型灯管为代表，其短波紫外分布与太阳光极为接近，是评价光老化的常用选择。标准对光源的辐照度、光谱分布、均匀性等提出了明确的技术指标，并要求配备辐照度监测与反馈控制系统，以确保试验过程中辐射条件的稳定性和可重复性。加载系统：以恒载加载装置为核心，能够对试样施加并保持恒定的静态拉伸力。加载系统应具备施力精度高（通常要求载荷精度不低于设定值的±2%）、载荷长期稳定性好、可实时监测载荷变化等特点。加载方式既可通过重力杠杆机构实现（适用于大面积试样），也可通过伺服电机或气动机构实现（适用于精确控制的小载荷）。环境控制系统：实现对试验环境温度和湿度的精确控制。标准推荐采用ISO291中规定的标准大气条件（温度23℃±2℃、相对湿度50%±10%），也可根据材料特性和应用场景选择其他温度条件（如40℃、60℃等）。环境控制系统应保证试验区域内温湿度的均匀性和稳定性。试样安装与应力施加机构：用于将试样牢固地安装在试验区域内，确保紫外线能够均匀照射试样表面，同时能够方便地施加规定的蠕变载荷。3.2试样制备要求标准对试样的尺寸、形状和制备方法作出了详细规定。试样通常采用哑铃形或矩形条状，其尺寸应在满足试验机夹具要求的同时，确保试验区域能够被紫外线充分且均匀地覆盖。推荐试样厚度为1mm至4mm，对于厚度超出该范围的制品需通过机械加工方式减薄后进行试验。试样的制备应遵循严格规范。模压或注塑成型的试样应确保无内部缺陷和明显流痕；从制品上裁切取样的，应注明取样位置和裁切方向，避免因制品各向异性导致结果偏差。所有试样在试验前应按ISO291规定的标准大气条件下进行状态调节，时间不少于24小时，以确保试样初始状态的均匀性和试验结果的可比性。4试验条件与试验程序4.1试验条件的选择辐射条件：标准参照ISO4892系列标准规定了紫外辐射条件。推荐采用波长340nm处辐照度为0.35W/(m²·nm)至0.80W/(m²·nm)的辐射强度范围，该范围涵盖了从温和老化到加速老化的典型条件。光源的选择依据材料特性和应用场景而定——模拟户外阳光长期暴露推荐使用氙弧灯；加速筛选试验可使用荧光紫外灯（推荐UVA-340型）。标准还规定了明暗循环模式（如连续辐射或周期性辐射）的选择原则。蠕变载荷条件：蠕变载荷的施加水平是影响试验结果的关键参数。标准建议载荷水平应根据材料在试验温度下的短期蠕变特性来确定，通常取材料室温屈服强度或蠕变断裂强度的10%至50%作为加载范围。如无充分依据，建议进行预试验，测定不同应力水平下材料的蠕变行为，以确定能产生有效协同老化效应而不至于过快断裂的合适载荷。试验温度与湿度：试验温度直接影响紫外老化速率和蠕变行为。标准推荐优先采用23℃或40℃作为标准试验温度，也可根据产品实际服役环境选择更高温度（如60℃或80℃），但高温下的试验结果与室温性能之间的相关性需通过充分的对比试验加以确认。相对湿度通常控制在50%±10%。4.2试验程序标准规定的试验程序主要包括以下步骤：1.试样编号与初始性能测试：对全部试样进行统一编号，并按照相关标准测定其初始拉伸强度、断裂伸长率、表面形貌等基础性能指标。2.加载：将试样安装于试验装置中，以恒定速率施加规定的蠕变载荷至设定值，记录加载过程中的应力-应变行为。加载完成后保持载荷恒定，开始紫外辐射暴露。3.周期性监测：在试验过程中按照规定的时间间隔（如每24小时、48小时、72小时或更长周期）进行形变测量、外观观察和记录。测量时应注意避免对试验状态产生不必要干扰。4.定时取样：对于需要测定不同暴露阶段性能退化规律的试验，应在预设的暴露时间点（如100h、200h、500h、1000h等）取出部分试样进行破坏性性能测试。5.试验终止：当试样发生断裂、达到预设的失效判定标准或达到设定的最大暴露时间时，试验终止。4.3性能评价方法标准从多个维度规定了老化程度的评价方法：-蠕变变形评价：通过记录试样在试验过程中的应变-时间曲线，可获得蠕变曲线，从而分析紫外辐射对材料蠕变行为的影响——通常表现为蠕变速率加快和断裂时间缩短。-力学性能评价：对暴露后的试样进行拉伸性能测试，测定拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率。这两项指标是评价材料老化程度最常用且最直观的力学参数。-表面形貌观察：利用光学显微镜或扫描电子显微镜观察试样表面微观裂纹的产生、扩展及分布特征。表面裂纹的出现和扩展是紫外辐射老化的典型特征。-分子结构分析：如有需要，可通过红外光谱（FTIR）分析试样表面化学结构的变化，如羰基指数、羟基指数等，以定量评价光氧化反应的程度。4.4试验报告标准对试验报告的内容提出了明确要求，报告应包括：试样材料的完整标识信息（名称、牌号、生产厂家、批号等）、试样的制备方法和尺寸规格、试验装置的详细信息（光源类型、辐照度、滤光片类型等）、蠕变载荷水平及加载方式、试验环境条件（温度、湿度）、明暗循环参数（如适用）、试样暴露时间及取样周期、各项性能测试结果及数据图表、失效模式描述等。完整透明的报告有利于不同实验室间结果的对比和复现。5标准的技术特色与创新点5.1首次建立光-力耦合老化试验的标准化框架ISO/TS24110:2026的最大创新在于首次以国际标准文件的形式，将紫外辐射老化和蠕变加载整合于同一试验体系中。这一框架性突破改变了以往将两个独立因素分别测试再简单叠加评价的做法，为更真实地模拟和评价材料服役行为提供了可能，能够在实验室条件下有效再现户外塑料制品在光-力耦合作用下的加速劣化过程。5.2灵活性与通用性的平衡鉴于塑料材料种类繁多、应用场景差异巨大，该标准在保证试验方法科学性和可比性的前提下，在试验条件的选择上赋予了使用者较大的灵活性。无论是光源类型（氙弧灯或荧光紫外灯）、辐照度水平、载荷水平还是温湿度条件，标准均给出了合理的推荐范围而非强制性的唯一值。这种“框架性规定+参数可选+详细报告”的模式，既保证了标准的普适性，又避免了过于僵化而限制了特殊应用的开展，充分体现了技术规范（TS）的灵活属性。5.3强调协同效应的系统评价标准特别关注紫外辐射与蠕变载荷之间的协同效应，而非简单地将二者视为独立的变量。标准要求在可能的情况下，应设置对照组试验（即仅有紫外辐射而无载荷的试样和仅有载荷而无辐射的试样），通过对比三种条件下的性能退化数据，可以定量评价“光-力耦合”是否存在协同增效效应。这一试验设计理念为深化材料老化机理研究提供了有效手段。6主要起草单位介绍ISO/TS24110:2026的制定汇集了来自多个国家的标准化专家和技术机构，凝聚了高分子材料老化领域的前沿研究成果。在众多参与单位中，中国国家塑料标准化技术委员会（SAC/TC48）作为中国塑料行业标准化工作的核心技术组织，在该标准的制定过程中发挥了重要的推动作用。SAC/TC48由国家标准化管理委员会批准成立，秘书处设在中国石油和化学工业联合会。该委员会长期承担全国塑料领域国家标准和行业标准的制修订工作，对口国际标准化组织ISO/TC61（塑料）技术委员会。多年来，SAC/TC48组织制定了大量塑料基础标准、试验方法标准和产品标准，培养了一支具有国际视野和丰富经验的标准化专家队伍。在ISO/TS24110:2026的研制过程中，SAC/TC48组织了国内多家科研院所和企业开展协同老化试验方法的验证工作，系统采集了多种塑料材料在光-力耦合条件下的老化数据，为标准中试验参数的选择和优化提供了宝贵的实验依据。同时，中国专家深度参与了标准草案的讨论和修改工作，在试验装置的技术要求、加载方式的适用性、协同效应评价方法等方面提出了多项具有建设性的技术建议并被采纳。此外，该标准的制定还得到了来自日本、德国、美国、法国等国家的标准化机构和科研单位的积极参与，体现了国际标准化组织在塑料老化试验方法领域的全球协作精神。7结论与展望ISO/TS24110:2026《塑料暴露于紫外线辐射和蠕变载荷的方法》的发布实施，填补了塑料材料在光-力耦合条件下老化试验方法国际标准的空白。该标准提供了一套科学、系统的试验方法框架，使实验室条件下的材料耐久性评价能够更加真实地反映户外服役环境中的复杂应力-环境耦合作用。其贯彻实施将有助于塑料行业更加准确地评价材料的长期服役性能和预测使用寿命，为材料优选、产品结构设计和质量保证提供更加可靠的技术依据，同时对推动塑料材料在户外应用领域的拓展具有重要的技术支撑价值。展望未来，随着全球塑料行业的技术进步和应用领域的不断拓展，材料环境适应性评价的需求持续增长。ISO/TS24110:2026作为一项技术规范，将在实际应用过程中持续积累使用经验和反馈数据。可以预见，在条件成熟时，该技术规范将适时转化为正式国际标准（IS），其适用范围也可能进一步扩展——例如涵盖压缩蠕变、弯曲蠕变等更多载荷模式，纳入更多老化评价指标（如分子量变化、交联密度变化等），以及建立更加完善的协同效应定量评价方法。此外，随着光-