耐(nài)候性是(shì)戶外(wài)塗料(liào)的一(yī)個必(bì)要性能。因(yīn)為戶外(wài)暴露試驗時間(jiān)長，所(suǒ)以(yǐ)實驗室(shì)加速測試被廣(guǎng)泛(fàn)應(yīng)用於此(cǐ)行業。其(qí)中(zhōng)最常(cháng)用的(dí)實驗室加速老化測(cè)試設備，是符合(hé)ASTM G154標(biāo)準的紫(zǐ)外(wài)/冷凝(níng)設(shè)備，也就是(shì)通(tōng)常(cháng)所(suǒ)說的QUV。 QUV紫外光(guāng)老(lǎo)化(huà)試驗箱中，在(zài)一定溫(wēn)度條件下(xià)，測(cè)試(shì)樣品被反復暴(bào)露在紫外光照和(hé)冷(lěng)凝的(dí)交替(tì)循(xún)環(huán)中(zhōng)。此(cǐ)前，隻(zhī)是熒光紫外燈管(guǎn)，紫(zǐ)外(wài)和(hé)冷(lěng)凝暴露(lòu)多長(cháng)時間(jiān)及暴露溫度(dù)等測試條(tiáo)件的(dí)選擇。本文探討了(liǎo)QUV老化試驗機的(dí)改進：光(guāng)強(qiáng)輸出的精確(què)控製和(hé)更(gēng)高(gāo)輻(fú)照度。所(suǒ)列數(shù)據是(shì)幾(jī)種常(cháng)見(jiàn)的聚合物(wù)在較(jiào)高(gāo)的輻照度條件下的(dí)加(jiā)速老(lǎo)化測試結果。

輻(fú)照(zhào)度控(kòng)製係統

輻照度(dù)控(kòng)製係(xì)統，市場(cháng)上(shàng)稱(chēng)“太(tài)陽(yáng)眼(yǎn)”，包括(kuò)一個(gè)可編(biān)程(chéng)的控製器，連續監(jiān)控四(sì)個安(ān)裝(zhuāng)在(zài)測試樣板(bǎn)麵上(shàng)傳(chuán)感器測(cè)得(dé)的(dí)紫外綫強度。一個四通(tōng)道(dào)反饋回路係統(tǒng)通過調(tiáo)整紫(zǐ)外(wài)燈管的(dí)輸出(chū)功(gōng)率以(yǐ)控製所設定的輻照(zhào)度。該(gāi)輻照(zhào)度可(kě)被(bèi)

調(tiáo)整成(chéng)不同的強度(dù)以(yǐ)適(shì)應不同的應用條(tiáo)件。圖1是(shì)輻(fú)照度控(kòng)製係統如何(hé)工(gōng)作(zuò)的示意圖。

太(tài)陽眼(yǎn)輻照(zhào)度控(kòng)製係統(tǒng)示(shì)意(yì)圖(tú)

每個傳感器監(jiān)控兩根(gēn)燈(dēng)管(guǎn)的強度。操(cāo)作者(zhě)定期(qī)對每(měi)個傳感(gǎn)器進(jìn)行單獨校準(zhǔn)。該(gāi)校準可溯源(yuán)至美(měi)國國(guó)家標準(zhǔn)和技(jì)術(shù)協(xié)會(NIST)，符(fú)合(hé)ISO 9000的要求(qiú)。

之前的數據 2 已表(biǎo)明，太陽眼控製係(xì)統在很(hěn)大程(chéng)度(dù)上消(xiāo)除(chú)了(liǎo)紫(zǐ)外綫(xiàn)強(qiáng)度的(dí)差(chà)異，因(yīn)而(ér)大大降低(dī)了(liǎo)測(cè)試(shì)結(jié)果的差(chà)異。

高輻(fú)照度(dù)產生(shēng)更(gēng)快結果(guǒ)

可編程(chéng)的自(zì)動輻(fú)照度控製係統(tǒng)允許(xǔ)操(cāo)作者，選擇(zé)一(yī)個(gè)比(bǐ)標準輻(fú)照度高的(dí)輻(fú)照(zhào)度(dù)進(jìn)行紫外綫(xiàn)暴(bào)露(lòu)測試(shì)。對於許多材(cái)料，這(zhè)將加快(kuài)降解進(jìn)程(chéng)，因而(ér)縮短了測試時間(jiān)。

普遍認(rèn)為(wéi)?UVA-340 燈(dēng)管比(bǐ)?UVB-313 燈管能(néng)更真實(shí)地模(mó)擬(nǐ)太(tài)陽光 3,4 。自(zì)推(tuī)出以來，大多數塑(sù)料(liào)行業已換(huàn)用UVA-340燈(dēng)管，因(yīn)為(wéi)它能給(gěi)出更切(qiē)合實際(jì)的結果。然而，盡(jìn)管(guǎn)UV-B 管燈(dēng)有其不足之(zhī)處，但由於能(néng)給出更(gēng)快的(dí)結(jié)果，很(hěn)多塗(tú)料(liào)研(yán)究人員(yuán)仍(réng)繼(jì)續(xù)使(shǐ)用它們。應用可編程(chéng)控(kòng)製(zhì)器，現(xiàn)在在更高的輻照(zhào)度水(shuǐ)平下，使用UVA-340燈管(guǎn)可(kě)以加(jiā)快(kuài)測試進(jìn)程(chéng)。圖2顯示了(liǎo)UVA-340 燈(dēng)管在不(bù)同輻照度(dù)水平下(xià)與(yǔ)太(tài)陽光光譜(pǔ)的比(bǐ)較(jiào)。

建(jiàn)議最(zuì)大輻照度不(bù)超過典型(xíng)?G154 輻照度(dù)的 1.75倍(bèi)。即(jí)使燈管在(zài)最大功(gōng)率時能夠(gòu)有(yǒu)更(gēng)高(gāo)的(dí)輻(fú)照度(dù)水(shuǐ)平，也(yě)不(bù)建(jiàn)議在(zài)高於正常(cháng)情(qíng)況1.75倍的輻(fú)照度(dù)水(shuǐ)平(píng)下進(jìn)行(háng)試驗。必須(xū)留有一部分功率用(yòng)於(yú)維持(chí)現有的(dí)設定值和解決(jué)一些諸如(rú)因燈管老化和(hé)其他因素等引(yǐn)起(qǐ)的輻(fú)照度降低的(dí)問題。應該(gāi)指出(chū)的(dí)是，在(zài)高於正(zhèng)常輻照度下使(shǐ)用燈管，其有(yǒu)效使(shǐ)用(yòng)壽(shòu)命將會縮短(duǎn)。

?不同聚合物(wù)的暴露結果

為了確定(dìng)增大輻照度對降解(jiě)速(sù)率(shuài)的影響(xiǎng), 15 種不同(tóng)的塗(tú)料和塑(sù)料樣品，在裝有(yǒu)自動輻照(zhào)度控製的(dí)太陽眼係統(tǒng)的QUV/se 中分(fēn)別以(yǐ)正常輻照度(dù)和高輻(fú)照度進行暴露(lòu)試(shì)驗。

暴露(lòu)條件是(shì)：UVA-340燈管，隻(zhī)進行光照(100%?)紫外綫照射(shè)，沒(méi)有潮濕，無黑暗時間),50°C。輻(fú)照(zhào)度水平分別為0.83和1.35W/m²/nm@340nm，其(qí)結果(guǒ)見圖(tú)3到圖17所(suǒ)示。總(zǒng)結見表1。

表1測(cè)試材料(liào)

15種材(cái)料中的9種(zhǒng)，增大輻(fú)照度(dù)會(huì)導(dǎo)致降(jiàng)解速率增大。雖然輻(fú)照度大約增(zēng)強60%，但並不(bù)是(shì)所(suǒ)有(yǒu)材(cái)料降(jiàng)解速率的增(zēng)大(dà)值(zhí)都(dū)相(xiāng)同。

應該指出的(dí)是(shì)，這些(xiē)暴(bào)露不包(bāo)括潮(cháo)濕(shī)和黑暗時(shí)間，因(yīn)此(cǐ)，在評估測(cè)試結果時，沒(méi)有考慮(lǜ)潮(cháo)濕(shī)的(dí)影響和/或任何(hé)黑暗(àn)時(shí)間降解(jiě)的影響(xiǎng)。

潮濕(shī)的(dí)影(yǐng)響

對於(yú)對(duì)潮(cháo)濕比(bǐ)較敏感(gǎn)的(dí)材(cái)料(liào)，當在(zài)紫外循環中(zhōng)加(jiā)入潮濕(shī)影響(xiǎng)時(shí), 可能產生(shēng)更快(kuài)的(dí)加速老(lǎo)化(huà)。另(lìng)外(wài)，一些材料由於潮濕的(dí)存在可能有(yǒu)完(wán)全(quán)不同(tóng)的老(lǎo)化方式。為(wéi)了對此(cǐ)進(jìn)行測試(shì)，在4種(zhǒng)不同的(dí)情況下(xià)對(duì)材(cái)料(liào)進行暴露(lòu)測試。

100% 紫(zǐ)外(wài)光照循環 (50℃)

紫(zǐ)外(wài)光照 + 潮濕循(xún)環 (50°C下4小時紫外光照，與50°C下4小時冷凝交(jiāo)替循環(huán))

紫外光照 + 黑暗(àn)/幹(gān)燥(zào) 循環(huán) (50°C下(xià)4小(xiǎo)時(shí)紫(zǐ)外(wài)光照，與50°C下4小(xiǎo)時黑暗交替循(xún)環

潮(cháo)濕(shī) + 黑暗/幹(gān)燥(zào) 循環 (50°C下4小(xiǎo)時黑(hēi)暗/幹燥(zào)，與50°C下4小(xiǎo)時(shí)冷(lěng)凝(níng)交替(tì)循環)

對於(yú)藍(lán)色(sè)乙烯薄(báo)膜，紫外光(guāng)照(zhào)+潮(cháo)濕(shī)循環使材(cái)料降(jiàng)解的最(zuì)快。盡(jìn)管100%的紫(zǐ)外光(guāng)照(zhào)循環(huán)對(duì)材料(liào)的暴露(lòu)是紫外光照(zhào)+潮(cháo)濕循(xún)環(huán)中(zhōng)紫外輻照(zhào)量(liáng)的(dí)兩倍(bèi)，其老化結(jié)果(guǒ)並不(bù)嚴重。

潮濕對聚(jù)氨酯(zhǐ)的影(yǐng)響(xiǎng)更大(dà)。再次指(zhǐ)出，雖然(rán)紫外光(guāng)照+潮(cháo)濕循環對材料的紫(zǐ)外輻(fú)照量(liáng)僅是(shì)100%紫(zǐ)外光照(zhào)循環的(dí)一(yī)半，其降(jiàng)解(jiě)速率卻要(yào)快(kuài)得多(duō)。

有(yǒu)時潮濕(shī)不但(dàn)影響(xiǎng)降(jiàng)解速(sù)度(dù)，還影響降解類型(xíng)，這體現在圖(tú)20中。這種情況下，紫外光照+潮濕循環(huán)中(zhōng)的(dí)老(lǎo)化結(jié)果與隻有(yǒu)光(guāng)照(zhào)循(xún)環的結(jié)果非常不同。

暴露(lòu)持(chí)續時間和測量時(shí)間(jiān)間隔(gé)

一般(bān)情況下，暴(bào)露應該進行到材料完全(quán)失(shī)效為止(zhǐ)。這(zhè)是(shì)因(yīn)為任意兩個暴露的降(jiàng)解速(sù)率(shuài)之(zhī)間(jiān)的(dí)感官差(chà)異，按(àn)照(zhào)不(bù)同(tóng)的(dí)分析(xī)方法(fǎ)可能有所(suǒ)不同(tóng)。

圖21顯(xiǎn)示(shì)了以(yǐ)預期(qī)降(jiàng)解水平(在本例(lì)中，是發(fā)生黃變)進(jìn)行暴露試驗會引起混淆。如果在delta b的(dí)值(zhí)達到(dào)8後(hòu)終(zhōng)止(zhǐ)暴(bào)露，較(jiào)高輻照(zhào)度的(dí)暴露將(jiāng)會加快48%。如(rú)果在delta b的(dí)值達到(dào)34後終(zhōng)止暴(bào)露(lòu)，較(jiào)高(gāo)輻照度(dù)將(jiāng)隻(zhī)加快32%。隻(zhī)有進(jìn)行該(gāi)試驗直到材(cái)料(liào)完全(quán)失(shī)效(xiào)，才(cái)能完(wán)整地確(què)定(dìng)兩個(gè)暴露之(zhī)間(jiān)的關(guān)係(xì)。

圖(tú)22顯(xiǎn)示(shì)了(liǎo)前麵(miàn)圖中用到(dào)的相(xiāng)同(tóng)數(shù)據(jù)。然(rán)而(ér)，在(zài)這裏，該暴露(lòu)是在一個預定(dìng)的(dí)時(shí)間後進(jìn)行(háng)分析的。如(rú)果在500小(xiǎo)時比較(jiào)這(zhè)兩個暴露(lòu)，其(qí)差值為100%。如果在1000小時比(bǐ)較(jiào)，其差值為(wéi)22%。

一(yī)個(gè)更加(jiā)生(shēng)動的例子，如(rú)圖(tú)23所示(shì)。經(jīng)過(guò)1000小時(shí)的(dí)暴(bào)露，暴(bào)露結(jié)果(guǒ)並(bìng)沒(méi)有(yǒu)差(chà)別(bié)。然而(ér)，1500小時(shí)，就有一(yī)個18比(bǐ)1的差(chà)別。這是(shì)因(yīn)為輻照(zhào)度較(jiào)低的試驗(yàn)在樣品(pǐn)完全(quán)失(shī)效前就已(yǐ)經終止了，無(wú)法知道兩(liǎng)個暴露之間的實(shí)際關係。

這(zhè)些例子也說(shuō)明了為什(shí)麼(mó)要在暴露期(qī)間每隔一定(dìng)間隔(gé)測量降(jiàng)解速率(shuài)，而(ér)不隻是(shì)在預定(dìng)時(shí)間(jiān)都結束後(hòu)才(cái)進行測量評估(gū)。

綜述(shù)和結(jié)論

采用高輻(fú)照度暴(bào)露，作(zuò)為(wéi)一(yī)種實驗(yàn)室(shì)加(jiā)速老(lǎo)化測試的(dí)方(fāng)法是(shì)當前的一個熱點。一個達(dá)到(dào)較(jiào)高輻照度(dù)，通過(guò)可編程自動控(kòng)製係統(tǒng)，現(xiàn)在已(yǐ)經(jīng)可以在(zài)QUV/se老(lǎo)化試驗機(jī)中實(shí)現(xiàn)。這個係統(tǒng)地設計是用來(lái)在(zài)整個(gè)暴露(lòu)試驗中維持一(yī)個精(jīng)確(què)的紫外綫(xiàn)輻(fú)照度水平。利(lì)用這個係統，操作者可以在(zài)標(biāo)準(zhǔn)QUV設備的(dí)輻照度到(dào)1.75倍輻(fú)照(zhào)度水(shuǐ)平之(zhī)間(jiān)進行選擇。

多種(zhǒng)材(cái)料(liào)的實驗(yàn)室加(jiā)速(sù)老(lǎo)化數據(jù)表明(míng)，一部分(fēn)材料，在QUV/se中暴(bào)露在(zài)高輻照度水平(píng)下，能夠快速降(jiàng)解(jiě)。對(duì)於這些(xiē)材料，應用較(jiào)高輻照度(dù)可以減(jiǎn)少試驗(yàn)時間。

但是對於(yú)某些(xiē)材料，潮(cháo)濕或者(zhě)溫(wēn)度可能(néng)在降(jiàng)解中起到關鍵性(xìng)作用。15種被測(cè)材料中(zhōng)有5種，測試(shì)周期中的(dí)潮濕提高了(liǎo)黃(huáng)變(biàn)或(huò)失(shī)光的(dí)速率。此(cǐ)外(wài)，試(shì)驗(yàn)表(biǎo)明輻照度(dù)，潮(cháo)濕，黑暗周(zhōu)期和溫(wēn)度往(wǎng)往共同(tóng)發(fā)生作用。

應用(yòng)高(gāo)輻(fú)照(zhào)度來減少(shǎo)試(shì)驗(yàn)時(shí)間是(shì)一種(zhǒng)很有(yǒu)發展(zhǎn)前(qián)途的(dí)技(jì)術。但(dàn)是(shì)，也可能對(duì)實驗(yàn)室(shì)和戶(hù)外測試所得結(jié)果之間的相關(guān)性有(yǒu)不利(lì)影(yǐng)響。