天氣多(duō)變，眾所周(zhōu)知(zhī)。歷(lì)史(shǐ)上(shàng)，對材料的戶外耐候(hòu)性測試感興趣(qù)的科學家(jiā)，遇到的問(wèn)題(tí)是，他們的(dí)測試結(jié)果之(zhī)間(jiān)存(cún)在很(hěn)大(dà)差異(yì)。相同的樣(yàng)品(pǐn)在戶外暴(bào)露相(xiāng)同的時間(jiān)，性能降解(jiě)往往(wǎng)顯(xiǎn)示很(hěn)大的差(chà)異(yì)。產生(shēng)這種結果的原因是：天(tiān)氣如此(cǐ)善變，暴露(lòu)相(xiāng)同(tóng)的時間並不能(néng)精確(què)表(biǎo)示(shì)測試(shì)樣(yàng)品(pǐn)受(shòu)到相同的破(pò)壞(huài)作用(yòng)。因(yīn)為認(rèn)為(wéi)光(guāng)照是引起材料耐(nài)候老化的(dí)主(zhǔ)要因(yīn)素(sù)，所以(yǐ)之前(qián)對(duì)於(yú)因(yīn)季(jì)節變(biàn)化，地理位(wèi)置不(bù)同，不同(tóng)年份氣候(hòu)差(chà)異等引(yǐn)起的測試結果(guǒ)之(zhī)間的(dí)差異(yì)，采用測量光(guāng)照(zhào)繼而(ér)用(yòng)累積(jī)焦耳數來計(jì)時。這種(zhǒng)測量(liáng)方法被認為比測量時(shí)間更(gēng)精(jīng)確(què)。不幸的是(shì)，光(guāng)照(zhào)不是(shì)影(yǐng)響(xiǎng)材料發生老(lǎo)化的因(yīn)素。

用(yòng)焦(jiāo)耳數定義測(cè)試(shì)時間的早(zǎo)期(qī)階段，是(shì)測量總的焦耳數，包(bāo)括(kuò)可見光和紅外(wài)綫(用蘭利表示(shì))。實驗(yàn)者改(gǎi)用(yòng)多(duō)少蘭利而不(bù)是(shì)多少(shǎo)個月來記錄(lù)測試樣(yàng)品(pǐn)的(dí)暴(bào)露時間。太陽(yáng)光(guāng)中的能(néng)量主要是(shì)可(kě)見光(guāng)和(hé)紅外綫，紫(zǐ)外綫僅占(zhān)總能量(liáng)的5%。然而，戶外材料的(dí)耐候(hòu)老化主(zhǔ)要(yào)是紫外(wài)光引起(qǐ)的。

早期的研(yán)究發(fā)現，樣品(pǐn)暴露(lòu)相(xiāng)同焦耳(ěr)或蘭(lán)利的能量(liáng)，引(yǐn)起的(dí)老化卻存在(zài)差(chà)異，最(zuì)大可(kě)達6比1。因此(cǐ)，用(yòng)蘭(lán)利(lì)計時的方法(fǎ)引起人(rén)們(mén)很大的(dí)懷(huái)疑 。不幸的(dí)是，戶外(wài)測試結果之(zhī)間存(cún)在差異這(zhè)一問(wèn)題依然(rán)存(cún)在。

現在(zài)認(rèn)為(wéi)采(cǎi)用紫外(wài)焦耳數(shù)來(lái)定(dìng)義時間是(shì)適當的。事實上(shàng)，使用總紫(zǐ)外焦(jiāo)耳(ěr)數(shù) (TUV)比使用蘭利更(gēng)合理(lǐ)，TUV對紡(fǎng)織品(pǐn)或(huò)其(qí)它一些相對(duì)不太耐久的材料的(dí)戶(hù)外對(duì)比(bǐ)測試比較(jiào)有用(yòng)。

關(guān)於這一(yī)概念，有(yǒu)一個(gè)誘人的想(xiǎng)法，簡(jiǎn)單來(lái)說，如(rú)果暴(bào)露測試能用(yòng)一個(gè)魔(mó)幻數字(焦耳(ěr)數)來表(biǎo)示，那麼，在不(bù)同時間和地點(diǎn)的暴(bào)露測(cè)試結果可以很(hěn)容易進(jìn)行(háng)比較。而且，戶(hù)外暴露還(huán)可以與實(shí)驗(yàn)室加速(sù)測試進行比較。不同類(lèi)型的實驗室光(guāng)源(yuán)之間(jiān)也(yě)可以相(xiāng)互比較。考慮到(dào)控製實(shí)驗(yàn)室加(jiā)速試(shì)驗設備的(dí)紫外輻照(zhào)度可(kě)以提(tí)高試驗的再現性，那麼(mó)想(xiǎng)當然地進一步認為紫外(wài)焦(jiāo)耳數(shù)是(shì)表達測試(shì)強度(dù)的參數。

不幸的(dí)是，數(shù)據表(biǎo)明，用(yòng)紫外焦(jiāo)耳數來定義測試時間不(bù)能充分(fēn)描(miáo)述一(yī)個(gè)暴露測(cè)試中引(yǐn)起材(cái)料(liào)發(fā)生老化的所有(yǒu)破(pò)壞因素(sù)。暴(bào)露相(xiāng)同累(léi)積焦(jiāo)耳數的相同樣品，在老(lǎo)化(huà)方(fāng)麵往(wǎng)往顯示(shì)很大(dà)的差異(yì)。這是(shì)因為用焦耳數來(lái)定義測(cè)試時(shí)間(jiān)沒(méi)有(yǒu)考慮(lǜ)到以下(xià)其它因(yīn)素(sù)的(dí)不(bù)同對(duì)老(lǎo)化(huà)造成(chéng)的影響：

1. 光譜(pǔ)輻照度的差異(yì)

2. 暴(bào)露溫(wēn)度的差異

3. 暴露(lòu)濕度(dù)的差異(yì)

將會證明當暴(bào)露相同的焦耳數(shù)時，以上這些(xiē)因素會使測(cè)試樣品(pǐn)顯示超過(guò)5比1(500%)的老化(huà)性(xìng)能差異(yì)。不管是(shì)測量總紫外(wài)焦耳數(shù)還是某(mǒu)一(yī)波長(cháng)的紫外(wài)焦耳(ěr)數(如 340nm處的(dí))，前(qián)麵(miàn)的(dí)情(qíng)況(kuàng)都(dū)是(shì)存(cún)在的。根據(jù)測試(shì)樣品(pǐn)不同，以上(shàng)三個因素中的(dí)任一個(gè)實(shí)際上都(dū)可(kě)能比(bǐ)紫(zǐ)外(wài)焦耳數要(yào)重(zhòng)要。

如(rú)果(guǒ)研(yán)究者根據累(léi)積焦耳數來比較(jiào)測試(shì)結(jié)果將引起非常大的(dí)錯誤。盡(jìn)管(guǎn)一(yī)開始，焦耳數(shù)被作為所謂的(dí)科學(xué)觀(guān)點而(ér)受推(tuī)崇(chóng)，但(dàn)經(jīng)過對暴(bào)露(lòu)測(cè)試的(dí)進一步了解，用焦耳數(shù)來定(dìng)義暴(bào)露(lòu)時間是(shì)危險的(dí)，不成(chéng)熟的。焦耳數不是表達測(cè)試樣品(pǐn)老化作(zuò)用(yòng)的一個(gè)可(kě)靠(kào)的(dí)參數(shù)。

關於波長的焦耳數錯(cuò)誤(wù)

太陽(yáng)光與波長對(duì)應的光譜持(chí)續發生(shēng)變化。不僅(jǐn)是紫外(wài)輻照量，太陽光(guāng)的(dí)光譜(pǔ)功(gōng)率(shuài)分布(bù)曲綫的形(xíng)狀也在隨(suí)著(zhuó)每(měi)天時間，年(nián)份(fèn)，雲(yún)層(céng)遮擋(dǎng)，空(kōng)氣(qì)汙(wū)染(rǎn)及緯(wěi)度的變化(huà)而改(gǎi)變(biàn)。例(lì)如(rú)，圖(tú)1顯(xiǎn)示(shì)太(tài)陽(yáng)入射角的(dí)季節(jié)性(xìng)變化引起(qǐ)波長漂(piāo)移。可見，冬(dōng)天的光譜功率(shuài)分(fēn)布(bù)缺(quē)少(shǎo)了最短(duǎn)的(dí)也(yě)是破壞性最強(qiáng)的那(nà)段波(bō)長小(xiǎo)於310nm的。

圖1-太陽(yáng)光(guāng)紫(zǐ)外(wài)譜綫(xiàn)的(dí)季節性波長(cháng)漂移，從夏(xià)至(zhì)中午(wǔ)的(dí)太(tài)陽光到冬(dōng)至中(zhōng)午(wǔ)的太陽光(guāng)。

不(bù)同的實驗(yàn)室暴(bào)露設(shè)備之間的光譜功率(shuài)分布也(yě)存在(zài)很大(dà)差(chà)異。熒光(guāng)紫外(wài)試驗(yàn)機可(kě)使用(yòng)3種(zhǒng)類(lèi)型(xíng)的燈管(guǎn)，氙燈(dēng)試(shì)驗箱(xiāng)可(kě)使用不同的過濾(lǜ)器，碳弧(hú)試驗箱使(shǐ)用 2 種(zhǒng)差(chà)別(bié)非(fēi)常大的(dí)光源。此(cǐ)外(wài)，隨(suí)著氙(xiān)燈(dēng)燈管的使(shǐ)用(yòng)時間，氙(xiān)燈的(dí)光譜功率(shuài)分布(bù)的(dí)形狀也(yě)會發生(shēng)變(biàn)化。

如果焦耳數可(kě)以有效定(dìng)義(yì)暴露時(shí)間，它必須能夠(gòu)體(tǐ)現(xiàn)戶外(wài)或(huò)實(shí)驗室加速測試中(zhōng)的光(guāng)譜功率分布(bù)的(dí)差異(yì)。然而(ér)，數(shù)據表(biǎo)明，當用焦耳(ěr)數定義暴露時間(jiān)時，光(guāng)譜功率(shuài)分(fēn)布(bù)的微小(xiǎo)變化就(jiù)會引起很(hěn)大的(dí)問(wèn)題(tí)。

許多(duō)研究(jiū)表(biǎo)明(míng)，一般而言(yán)，相同能量的短波(bō)紫外綫比(bǐ)相同(tóng)能(néng)量的長波紫外(wài)綫的(dí)破(pò)壞力(lì)要強。例(lì)如，如圖(tú) 2 所(suǒ)示(shì)，聚烯烴暴露在(zài)不同波長的 1MJ/m² 的(dí)紫(zǐ)外照射下(xià)，在 280nm形成(chéng)的(dí)羰(tāng)基(jī)是(shì)在(zài) 340nm的 5 到(dào)10 倍。類(lèi)似的研究表(biǎo)明(míng)用(yòng)焦耳數定(dìng)義(yì)暴露(lòu)時間將(jiāng)引起重(zhòng)大錯(cuò)誤，除(chú)非(fēi)相比(bǐ)較的(dí)光(guāng)源的(dí)光譜功率分(fēn)布完全相同(tóng)。

圖 2聚烯蟒的(dí)光譜響應。羰基(jī)形(xíng)成(隨光密度變(biàn)化)與輻照(zhào)波長(cháng)的聯(lián)係,任一(yī)波長(cháng)的焦耳數是(shì)1MJ/m2。

為了(liǎo)直觀(guān)說(shuō)明(míng)波長不(bù)同(tóng)引起的(dí)錯誤(wù)，幾(jī)種(zhǒng)材料(liào)的樣(yàng)品按(àn)照 ASTM G53進行暴露測試，ASTM G53是關(guān)於光照和(hé)冷(lěng)凝暴(bào)露(lòu)設(shè)備(熒(yíng)光紫外(wài)類型)的一個(gè)測試(shì)標準。每次(cì)暴露(lòu)都是使用(yòng)熒光紫(zǐ)外燈(dēng)管，選擇(zé)圖 3 中(zhōng)兩個(gè)不同波(bō)長(cháng)光(guāng)譜(pǔ)中的一(yī)個。G53中規(guī)定的設(shè)備是(shì) Q-Lab公司(sī)的 QUV/se型號。這種(zhǒng)設備(bèi)安裝有反饋(kuì)控(kòng)製(zhì)係統(tǒng)，可以精(jīng)確控製(zhì)紫(zǐ)外(wài)光的輻(fú)照度(dù)，在這(zhè)次研討會(huì)的另(lìng)外一(yī)篇(piān)文章(zhāng)中有(yǒu)介(jiè)紹(shào)。在(zài)這(zhè)些(xiē)試(shì)驗(yàn)中(zhōng)，340nm處輻(fú)照(zhào)度(dù)控製在1.35W/m²/nm。熒光(guāng)紫外設(shè)備為測試光(guāng)譜(pǔ)功率(shuài)分布的作用(yòng)提供了一個理想(xiǎng)的工(gōng)具，因為(wéi)不像(xiàng)其它類(lèi)型的(dí)燈管(guǎn)，這種(zhǒng)設備的(dí)燈管(guǎn)在(zài)其(qí)使用(yòng)壽(shòu)命(mìng)之內的(dí)光譜功率分(fēn)布(bù)的(dí)形狀(zhuàng)不(bù)發生(shēng)變(biàn)化(huà)。

圖(tú)3－熒(yíng)光(guāng)紫外(wài)燈(dēng)管的光譜功(gōng)率分布

為(wéi)了(liǎo)排除(chú)濕(shī)度的影響，暴(bào)露過程中隻是(shì)連(lián)續(xù)紫(zǐ)外光照(zhào)，沒有冷凝(níng)。為(wéi)了排(pái)除(chú)溫度(dù)的(dí)影響(xiǎng)，暴(bào)露(lòu)溫(wēn)度始(shǐ)終保持(chí)在 50°C.

注意(yì)到(dào) UVA-340和(hé) UVA-351燈(dēng)管的光譜功率分(fēn)布的曲綫(xiàn)隻(zhī)偏(piān)移(yí)了10nm，這(zhè)是一個很(hěn)小的(dí)變(biàn)化，比(bǐ)圖1中夏天和冬(dōng)天的太陽光光(guāng)譜之間的(dí)差別小(xiǎo)很多(duō)。然而(ér)，下麵(miàn)的測(cè)試顯示(shì)，相(xiāng)同焦耳數引(yǐn)起(qǐ)的老(lǎo)化(huà)性能的差異(yì)可以高(gāo)達 2:1。

圖4－波(bō)長對(duì)聚苯(běn)乙烯(xī)薄片(piàn)產(chǎn)生黃變老化(huà)的(dí)影(yǐng)響

圖(tú)4顯(xiǎn)示(shì)，對透(tòu)明聚(jù)苯(běn)乙(yǐ)烯(xī)薄(báo)片進(jìn)行(háng)測試時(shí),要想(xiǎng)對材料(liào)產(chǎn)生預期的黃(huáng)變(biàn)(delta b*)效(xiào)果,較(jiào)長(cháng)波長的燈管UVA- 351比(bǐ)UVA-340要多照(zhào)射大(dà)約80%的總(zǒng)紫(zǐ)外(wài)焦耳數。如(rú)果研究者(zhě)依靠(kào)焦耳(ěr)數(shù)來定(dìng)義這些(xiē)測(cè)試，將會(huì)引(yǐn)起(qǐ)很(hěn)大的錯(cuò)誤(wù)。

圖(tú)5－用總(zǒng)紫外(wài)焦(jiāo)耳(ěr)數計(jì)算時間，研(yán)究波(bō)長對(duì)環氧(yǎng)塗(tú)層失(shī)光(guāng)的(dí)影響。相同焦耳數，不同光譜功率分布的燈管引起不同的失(shī)光速率(shuài)

圖5顯示了波長對環氧塗層(céng)失光老(lǎo)化的(dí)類似影響。在這(zhè)個試(shì)驗(yàn)中，UVA-351燈管需要(yào)大(dà)約兩倍(bèi)於UVA-340燈(dēng)管(guǎn)的(dí)總(zǒng)紫外(wài)焦(jiāo)耳(ěr)數才(cái)能達到材料預期的(dí)失光(guāng)效果。

圖(tú)6-用340nm 處(chǔ)的(dí)紫(zǐ)外(wài)焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)計(jì)時(shí)，研究波長(cháng)對環(huán)氧塗(tú)層失(shī)光的(dí)影(yǐng)響。在(zài)340nm 測量紫外(wài)焦(jiāo)耳(ěr)數並不(bù)比測量總(zǒng)紫外(wài)焦(jiāo)耳數(shù)更(gēng)精確(què)

有(yǒu)時人(rén)們(mén)斷(duàn)言(yán)，在(zài) 340nm測(cè)量(liáng)焦耳數(shù)來(lái)定義(yì)測試時(shí)間比(bǐ)用(yòng)總紫(zǐ)外焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)來(lái)定(dìng)義(yì)時(shí)間更精確。圖(tú)6與(yǔ)圖5的(dí)數(shù)據相同，隻(zhī)是使用(yòng) 340nm處(chǔ)的紫外(wài)焦耳數(shù)而不是(shì)總(zǒng)紫(zǐ)外焦耳(ěr)數來(lái)表示(shì)。但(dàn)這並(bìng)沒有(yǒu)提(tí)高(gāo)測(cè)試計時的精確性。UVA-351仍需要大(dà)約兩倍(bèi)於UVA-340的焦耳(ěr)數才能(néng)達到(dào)預期的失光效(xiào)果。所得數據(jù)與(yǔ)圖(tú)5 一(yī)致(zhì)。

圖7－波(bō)長(cháng)對聚(jù)氨酯塗料失光(guāng)的(dí)影響(xiǎng)。在(zài)相(xiāng)同焦耳數下(xià)，不同光譜(pǔ)功率分布的燈(dēng)管並不(bù)總是引(yǐn)起(qǐ)不(bù)同(tóng)的失光(guāng)速(sù)率

圖7顯示盡(jìn)管(guǎn)光(guāng)譜功率分布可能會(huì)產生(shēng)很大影響，但有時(shí)影響(xiǎng)也(yě)很小。在(zài)這個測(cè)試中，UVA-340和(hé)UVA-351燈管，盡(jìn)管(guǎn)光譜(pǔ)功(gōng)率分布不同，但(dàn)在相同(tóng)焦耳數下顯示(shì)大(dà)致相同(tóng)的(dí)失光效(xiào)果(guǒ)。

以上數據表明，相同焦耳數(shù)下，光(guāng)譜(pǔ)功(gōng)率分布(bù)的很小變(biàn)化(huà)造成(chéng)的材料老化(huà)的差異會(huì)達(dá)到(dào) 2 比 1。換句(jù)話說(shuō)，對於曝(pù)曬測試，如果光譜功(gōng)率分(fēn)布(bù)不(bù)同(tóng)，用(yòng)焦耳數來定義測(cè)試時(shí)間引起的誤差會達到(dào)200%以(yǐ)上(shàng)。不(bù)管(guǎn)是(shì)用總(zǒng)紫外焦(jiāo)耳(ěr)數還(huán)是某一(yī)波長(cháng)(如340nm處)的焦(jiāo)耳(ěr)數來表示，都會引起(qǐ)以(yǐ)上錯(cuò)誤。

自然太陽光紫(zǐ)外(wài)光譜的(dí)平均(jūn)變化比以上(shàng)介(jiè)紹的兩種紫外(wài)燈管(guǎn)之間(jiān)的(dí)變化要大。太(tài)陽紫外(wài)綫(xiàn)的光譜(pǔ)功(gōng)率(shuài)分布隨(suí)著時間，季節(jié)，雲層(céng)和(hé)汙(wū)染(如(rú)圖1所(suǒ)示)的不(bù)同(tóng)而發生顯著(zhù)變化。那麼由(yóu)焦(jiāo)耳(ěr)數引起(qǐ)的材料(liào)發生(shēng)的(dí)老化(huà)理所(suǒ)當然地會隨著(zhuó)光(guāng)譜功(gōng)率分布(bù)的不同變化(huà)。然(rán)而(ér)當用(yòng)焦耳數(shù)來(lái)定(dìng)義戶外曝(pù)曬的測(cè)試時間(jiān)時，就胡亂地(dì)混淆(xiáo)了夏(xià)天和(hé)冬天(tiān)的焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)，上(shàng)午(wǔ)10點和中午(wǔ)的焦耳(ěr)數(shù)，而不顧(gù)光譜功(gōng)率分布(bù)之間的(dí)差別(bié)。

關(guān)於(yú)溫度(dù)的(dí)焦耳數錯(cuò)誤

戶(hù)外曝曬(shài)溫(wēn)度隨(suí)氣(qì)候變化而不斷(duàn)發(fā)生變化(huà)。同(tóng)樣(yàng)地，樣品安裝方式(shì)對(duì)溫度的影(yǐng)響也很大(dà)。因為垂(chuí)直樣(yàng)品接收(shōu)到的太陽(yáng)光(guāng)要(yào)少(shǎo)，它們的(dí)溫(wēn)度(dù)比(bǐ)水(shuǐ)平放置的樣(yàng)品的(dí)溫度(dù)低。安裝有(yǒu)絕(jué)熱(rè)背板的樣品比無背板(bǎn)的樣品的溫度(dù)要高(gāo)10°C以(yǐ)上。同(tóng)樣(yàng)地，對於(yú)實驗室加速(sù)測試(shì)，操作者可在(zài)一個較大的(dí)溫度範(fàn)圍內進(jìn)行選(xuǎn)擇(zé)。另(lìng)外，不同的(dí)溫(wēn)度測量方法導致實驗室設備(bèi)中(zhōng)的樣品的實際溫度(dù)不同。例如在(zài)氙燈試驗箱中(zhōng)，80°C的“黑(hēi)板”溫(wēn)度(dù)與(yǔ)100°C的“黑(hēi)標(biāo)”溫度條件(jiàn)下(xià)，樣(yàng)品(pǐn)表麵溫度可能(néng)是相(xiāng)同的(dí)。而(ér)且，紫外試驗機中的(dí)80°C的(dí)黑(hēi)板溫(wēn)度(dù)與氙(xiān)燈(dēng)試(shì)驗箱中的 80°C的黑板(bǎn)溫度(dù)條(tiáo)件下，樣品(pǐn)的(dí)溫度可能(néng)並不相同(tóng)。眾(zhòng)所(suǒ)周知(zhī)，不同溫(wēn)度(dù)下的(dí)相同曝曬(shài)，材(cái)料的老(lǎo)化會(huì)顯示(shì)很(hěn)大差異(yì)。

Fischer已(yǐ)經(jīng)證實了(liǎo)這一點，他(tā)用相(xiāng)同(tóng)的(dí)藍(lán)色(sè)PVC薄膜裝滿(mǎn)整(zhěng)個曝曬(shài)架進行戶(hù)外曝曬(shài)。薄(báo)膜的(dí)初始 60°光(guāng)澤是(shì)90。圖(tú)8顯示了在佛羅裏達曝(pù)曬了18 個(gè)月(yuè)後，在曝曬(shài)架上(shàng)不(bù)同位(wèi)置(zhì)的樣品的(dí)光(guāng)澤介(jiè)於(yú)36 到(dào) 67之間，安(ān)裝在樣品(pǐn)架中間位置的樣品的老化最厲害。進(jìn)一步(bù)研(yán)究發(fā)現，樣品老(lǎo)化的差(chà)別是(shì)由樣品不(bù)同(tóng)的平均(jūn)溫度引起的，而溫度(dù)的不同(tóng)是(shì)因(yīn)為風(fēng)對樣(yàng)品架(jià)邊緣的樣(yàng)品(pǐn)冷(lěng)卻作(zuò)用引起(qǐ)的(dí)。

所有這(zhè)些相同(tóng)樣品在每個(gè)波段接(jiē)收(shōu)到(dào)相(xiāng)同的(dí)焦耳(ěr)數，但(dàn)結(jié)果之間(jiān)卻(què)存在很(hěn)大(dà)差異。樣品(pǐn)架(jià)中(zhōng)間位(wèi)置的(dí)焦(jiāo)耳(ěr)數的(dí)破(pò)壞(huài)作用是邊(biān)緣的兩(liǎng)倍。這(zhè)就(jiù)說(shuō)明用(yòng)焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)比用(yòng)天(tiān)數來(lái)計算戶外曝曬的(dí)時(shí)間，隻是(shì)給人一種精確的假(jiǎ)象。

圖8-在同(tóng)一個戶(hù)外曝(pù)曬架上的差別。相同的(dí)藍色 PVC 薄(báo)膜在(zài)佛(fó)羅裏達5° 曝(pù)曬角(jiǎo)朝南(nán)曝曬18個月(yuè)後，在樣品(pǐn)架的(dí)不(bù)同(tóng)位置的(dí)60°光澤讀數(shù)。

在另一篇文章中，Fischer闡(chǎn)述，在氙燈試(shì)驗箱中，把輻照度加倍，聚苯乙(yǐ)烯標準的黃變反而(ér)減(jiǎn)輕了，這(zhè)是(shì)因(yīn)為(wéi)在(zài)加(jiā)大輻照(zhào)度的(dí)同時也把樣品的溫(wēn)度降(jiàng)低(dī)了16°C . 表(biǎo)1顯(xiǎn)示(shì)在(zài) 42°C 需要超(chāo)過兩倍(bèi)的(dí)焦耳數(shù)才能達(dá)到(dào)58°C時產(chǎn)生(shēng)的黃變量(liáng).

表1-在風(fēng)冷(lěng)氙(xiān)燈試(shì)驗(yàn)箱中(zhōng)溫(wēn)度的影(yǐng)響：每焦耳(ěr)，聚苯(běn)乙烯(xī)在(zài)58°C時產生(shēng)的(dí)黃(huáng)變量(liáng)是(shì)42°C 時的(dí)兩倍。

為(wéi)了(liǎo)係統論(lùn)證溫度對不(bù)同材(cái)料的影響，我(wǒ)們在G 53指定的紫(zǐ)外(wài)試驗機中(zhōng)曝曬相(xiāng)同樣品(pǐn)，溫度(dù)分別(bié)設(shè)定為50°C 和(hé)70°C 。

為了(liǎo)排(pái)除(chú)濕度的(dí)影響，曝曬隻選擇(zé)紫外(wài)光(guāng)照(zhào)條(tiáo)件(jiàn)，沒(méi)有潮濕條件(jiàn)。為(wéi)了排(pái)除光譜的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)，所(suǒ)有曝曬都(dū)使用(yòng)UVA - 3 4 0燈(dēng)管(guǎn)，340n m處的輻(fú)照(zhào)度(dù)設(shè)定為(wéi)1.35W/m²/nm。因此在所(suǒ)有波(bō)段的焦耳數都是(shì)相(xiāng)同的。

圖(tú)9－溫(wēn)度(dù)對聚碳(tàn)酸(suān)酯薄(báo)片(piàn)發生(shēng)黃(huáng)變的影(yǐng)響(xiǎng)。相(xiāng)同焦(jiāo)耳(ěr)數引起的黃變，在(zài)70°C大概(gài)是在50°C的150％

圖(tú)9顯(xiǎn)示對(duì)於聚(jù)碳酸(suān)酯薄片(piàn)，發(fā)生(shēng)一定的黃(huáng)變量，在(zài)50°C時比(bǐ)在(zài)70°C要(yào)多(duō)曝曬大概 50%的焦(jiāo)耳數(shù)。圖(tú)10顯示對於(yú)ABS薄片，相同焦耳數(shù)引起(qǐ)的(dí)黃變量(liáng)，在(zài)70°C大概是在(zài)50°C的兩(liǎng)倍(bèi)。

圖10－溫(wēn)度(dù)對(duì) ABS 薄片發(fā)生(shēng)黃變的(dí)影(yǐng)響。相同焦耳(ěr)數引起(qǐ)的黃變，在(zài)70°C大(dà)概(gài)是(shì)在50°C的200％

務(wù)須謹記，當(dāng)溫度升高時，並不是所(suǒ)有(yǒu)材(cái)料(liào)的(dí)老化都加(jiā)快。因此，不(bù)可(kě)能(néng)得出一個(gè)統一(yī)的公式(shì)來表示溫(wēn)度和(hé)加速之間的關係(xì)。圖(tú)11顯示聚氨酯(zhǐ)塗(tú)料在50°C和70°C時(shí)，每焦耳的(dí)老(lǎo)化量大約相(xiāng)同。

圖(tú)11－溫度對聚(jù)氨酯塗(tú)料失光的影響。在(zài)這個(gè)例(lì)子(zǐ)中，溫(wēn)度(dù)增加，每焦(jiāo)耳的老(lǎo)化量沒有發生顯著變(biàn)化。

上(shàng)麵(miàn)的數據說明，不管(guǎn)是(shì)戶(hù)外曝曬(shài)還是(shì)實驗(yàn)室(shì)加(jiā)速測(cè)試，即使曝曬(shài)相同的焦耳(ěr)數(shù)，樣(yàng)品的溫度不(bù)同會導致發生的老(lǎo)化的差別(bié)為 2 比(bǐ)1。再次(cì)強調(tiáo)，用焦(jiāo)耳數來(lái)計量樣品(pǐn)遭(zāo)受的(dí)老化影響是不(bù)明智(zhì)的(dí)。

曝(pù)曬(shài)試(shì)驗中，如果(guǒ)所(suǒ)有波段的(dí)輻照(zhào)能(néng)都相同(tóng)，則不(bù)管是用以上提(tí)到(dào)的(dí)340nm波(bō)段(duàn)，TUVB波(bō)段，UV-B波段還(huán)是其(qí)它任一波(bō)段(duàn)的(dí)焦耳(ěr)數表(biǎo)示，給(gěi)出的(dí)老化(huà)曲(qū)綫(xiàn)是(shì)相同(tóng)的，那(nà)麼每(měi)焦耳(ěr)材料的老(lǎo)化(huà)也是相(xiāng)同(tóng)的。

事實(shí)上，曝(pù)曬小時(shí)數與材料發生的老化也會(huì)給(gěi)出相(xiāng)同的老化曲(qū)綫。因為在這個試驗(yàn)中(zhōng)，輻照(zhào)度設(shè)定並控(kòng)製在1.35W/m²/nm，那(nà)麼用焦耳數來定(dìng)義測試(shì)時(shí)間並不比用(yòng)小(xiǎo)時來定(dìng)義(yì)更有(yǒu)優勢。您可以用下麵簡(jiǎn)單的公式：1.35W/m²×3600s=4860 J/m²，來(lái)計算小時(shí)與(yǔ) 340nm處的J/m²之間(jiān)的轉(zhuǎn)換(huàn)。或反(fǎn)過來，1M J/m²=206h。然(rán)而，因為測(cè)試的目的是(shì)為了證(zhèng)明用焦耳數(shù)來測量樣品遭(zāo)受的(dí)老(lǎo)化影(yǐng)響是否(fǒu)合理，所以以(yǐ)上圖中顯(xiǎn)示的是焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)與老化的(dí)關(guān)係，而不是時(shí)間。

關於(yú)濕(shī)度的(dí)焦耳數(shù)錯誤(wù)

眾所周(zhōu)知(zhī)，潮濕(shī)對(duì)聚(jù)合(hé)物戶(hù)外和(hé)實(shí)驗(yàn)室老(lǎo)化(huà)測(cè)試起(qǐ)著非常(cháng)重要的作用(yòng)。在戶外曝曬中，季(jì)節(jié)不(bù)同，樣(yàng)品安裝方法不(bù)同(tóng)以及曝曬地點(diǎn)不同，潮濕的(dí)影響也不同。例(lì)如，樣(yàng)品在(zài)佛羅裏(lǐ)達(dá)曝曬比(bǐ)在亞利桑那曝曬(shài)，遭受(shòu)的(dí)潮濕侵蝕(shí)要(yào)大(dà)的(dí)多。在實驗室(shì)加(jiā)速(sù)測(cè)試(shì)中，操(cāo)作者可以選擇差(chà)別很大(dà)的潮濕循(xún)環。同(tóng)時(shí)，不(bù)同(tóng)的試(shì)驗(yàn)箱模擬潮(cháo)濕的(dí)形(xíng)式也(yě)不同(tóng)。熒光(guāng)紫外試驗(yàn)機(jī)通過(guò)熱冷凝(níng)的方式(shì)實現潮(cháo)濕侵(qīn)蝕(shí)，而(ér)氙燈(dēng)或(huò)碳(tàn)弧(hú)燈(dēng)試驗(yàn)箱采用冷噴(pēn)淋(lín)的形式(shì)。

為了說(shuō)明在(zài)相(xiāng)同焦(jiāo)耳(ěr)數下，潮濕如何影響(xiǎng)材料的(dí)老(lǎo)化，把(bǎ)不同(tóng)的(dí)材(cái)料(liào)暴(bào)露在(zài)G53標(biāo)準規定的熒光紫(zǐ)外(wài)試驗機(jī)中(zhōng)，分別運行下麵不(bù)同(tóng)的循(xún)環：

圖12－潮(cháo)濕對(duì)環氧塗(tú)層(céng)失光的影(yǐng)響。沒有(yǒu)潮(cháo)濕(shī)作用的曝(pù)曬相(xiāng)比(bǐ)有(yǒu)潮濕作(zuò)用的曝曬，需(xū)要(yào)大約(yuē)200％的(dí)焦耳(ěr)數(shù)才能對材(cái)料(liào)產(chǎn)生(shēng)大概(gài)相同(tóng)的失光效果。

圖(tú)12顯(xiǎn)示(shì)潮(cháo)濕(shī)對(duì)環(huán)氧(yǎng)塗(tú)層失光的影(yǐng)響。在這(zhè)個例(lì)子(zǐ)中，沒(méi)有(yǒu)潮(cháo)濕作用的循(xún)環需(xū)要(yào)大(dà)約(yuē)兩(liǎng)倍的焦耳數，才(cái)能對材料(liào)產(chǎn)生(shēng)與(yǔ)有(yǒu)潮濕作(zuò)用的(dí)循(xún)環(huán)大概(gài)相同的失(shī)光效(xiào)果。圖(tú)13顯示對於聚氨酯(zhǐ)塗(tú)層，數據是(shì)相似的。有(yǒu)潮(cháo)濕作用(yòng)的(dí)循(xún)環(huán)每焦耳對材料(liào)產(chǎn)生(shēng)的老化至少是(shì)沒(méi)有潮濕作用的循(xún)環的(dí)500%。再(zài)次(cì)證(zhèng)明，材料的老化(huà)與(yǔ)焦(jiāo)耳(ěr)數之間不是相互(hù)對應的(dí)。

圖13－潮濕對聚氨酯塗(tú)層失(shī)光的影響。相同焦(jiāo)耳數，材料(liào)產生(shēng)的(dí)老(lǎo)化並(bìng)不相(xiāng)同。

紫外光照(zhào)和潮(cháo)濕的共同作(zuò)用-圖(tú)14增(zēng)加(jiā)了(liǎo)4h冷凝和4h幹燥(zào)黑(hēi)暗循環(huán)的數(shù)據(jù)。然而(ér)，因為(wéi)在(zài)這(zhè)個新(xīn)的(dí)循環中沒(méi)有紫(zǐ)外光(guāng)照，在圖(tú)中不可能描述光澤和焦(jiāo)耳(ěr)數之(zhī)間的關係。所(suǒ)以我們(mén)描(miáo)述了光澤與曝曬時間(jiān)之間(jiān)的關(guān)係，在(zài)這(zhè)個例子(zǐ)中(zhōng)，樣(yàng)品(pǐn)的光澤(zé)沒(méi)有明顯(xiǎn)改(gǎi)變。請注意，不(bù)管是(shì)在沒有(yǒu)紫(zǐ)外光照的(dí)循(xún)環(huán)中(zhōng)，還是(shì)在(zài)沒(méi)有(yǒu)潮濕的循(xún)環中(zhōng)，材(cái)料(liào)的(dí)光澤都沒有(yǒu)發生明(míng)顯變化。隻有(yǒu)潮濕和(hé)紫外光照(zhào)共(gòng)同作(zuò)用，才(cái)引起材(cái)料明(míng)顯(xiǎn)的光(guāng)澤變化。因為紫外光照(zhào)是(shì)伴隨(suí)潮濕(shī)作用(yòng)共同對(duì)材(cái)料產(chǎn)生影(yǐng)響，所以僅用焦(jiāo)耳數來定義曝曬時間(jiān)顯然是(shì)毫無(wú)意義(yì)的(dí)。

圖(tú)14－潮濕和(hé)紫外光(guāng)照(zhào)共(gòng)同作(zuò)用(yòng)，對(duì)材料的失光產生(shēng)影響(xiǎng)

潮濕不(bù)但確(què)實(shí)影(yǐng)響(xiǎng)材料發生老化的(dí)速(sù)率(shuài)，而且也(yě)影響材料(liào)發生老(lǎo)化(huà)的(dí)類型。圖(tú)15顯示(shì)尼龍(lóng)樣品的黃變與(yǔ)焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)之(zhī)間的(dí)關(guān)係。沒有潮(cháo)濕作(zuò)用的測試循(xún)環使材料(liào)發(fā)生(shēng)黃變，而(ér)有(yǒu)潮濕作用(yòng)的循環使材(cái)料的顏(yán)色(sè)向(xiàng)相反的方(fāng)向變化。材料的(dí)目測結(jié)果(guǒ)表(biǎo)明有潮濕作(zuò)用(yòng)的(dí)循環(huán)使(shǐ)材料(liào)的表(biǎo)麵(miàn)發生粉化，而沒有潮濕(shī)作用的循環沒(méi)有引起(qǐ)這種(zhǒng)變化(huà)。像(xiàng)這種(zhǒng)例(lì)子，用(yòng)焦耳數來(lái)定義(yì)材料(liào)的(dí)老(lǎo)化(huà)是(shì)沒有任何意義的(dí)，因為在(zài)相同焦耳數曝(pù)曬下，相同(tóng)的(dí)樣品(pǐn)因為是否受到(dào)潮濕的(dí)作(zuò)用而(ér)顯示了(liǎo)截然不同(tóng)的(dí)老化(huà)類(lèi)型。

圖(tú)15－受相(xiāng)同焦耳數的曝曬(shài)，相同(tóng)的尼(ní)龍(lóng)樣品因為(wéi)潮濕(shī)的影響，顯示(shì)了不(bù)同的老(lǎo)化類(lèi)型。

同(tóng)時要注意(yì)，潮濕(shī)並不(bù)總是引(yǐn)起材料(liào)發(fā)生(shēng)老化的(dí)重(zhòng)要因素(sù)。圖(tú)16顯示對於聚(jù)苯乙烯材料(liào)，潮濕並(bìng)不影(yǐng)響材料發(fā)生(shēng)黃(huáng)變的(dí)速率。在本(běn)例中，340nm處的焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)確實可(kě)以很好(hǎo)地(dì)測(cè)量(liáng)老(lǎo)化(huà)因(yīn)素(sù)。另一方(fāng)麵，通常使(shǐ)用(yòng)的(dí)測試時(shí)間也(yě)可以(yǐ)用(yòng)於(yú)測試計(jì)時(shí)。

圖(tú)16－潮濕循環(huán)對於(yú)聚(jù)苯乙(yǐ)烯材料發生黃變的影響(xiǎng)。在本例(lì)中，潮濕(shī)並不影響(xiǎng)材料(liào)發(fā)生老(lǎo)化的速(sù)率(shuài)

以上(shàng)數據表明，暴露在相(xiāng)同焦耳(ěr)數下的(dí)相同材(cái)料，濕度(dù)不同(tóng)會引起(qǐ)不同的(dí)老化(huà)速(sù)率和類(lèi)型(xíng)。因(yīn)為這個原因(yīn)，不建議用(yòng)焦(jiāo)耳數來定義(yì)曝曬(shài)時間(jiān)，因為(wéi)可能潮濕(shī)循環不(bù)同(tóng)。

未(wèi)能(néng)解(jiě)釋的(dí)焦耳(ěr)數錯誤

甚(shèn)至當光譜(pǔ)，溫度和(hé)濕度同時被監(jiān)控(kòng)的條件下，相同焦耳(ěr)數的曝曬也(yě)有可(kě)能會引(yǐn)起老化速(sù)率之間(jiān)很大(dà)的不(bù)同。近期的(dí)一(yī)些研(yán)究顯示(shì)了幾種(zhǒng)氙燈設備的(dí)測試結(jié)果，所(suǒ)有(yǒu)測(cè)試都是(shì)按照(zhào)ASTM G26標(biāo)準(zhǔn)中相同的測試條(tiáo)件進行[9]。氙燈按照SAE J1960設置(zhì)，石英內過濾器(qì)，硼(péng)矽玻(bō)璃(lí)外(wài)過濾器(qì)，輻照度在(zài)340nm設(shè)定(dìng)0.55W/m²。測試(shì)循環是：40分(fēn)鐘光照，緊接著(zhuó)20分鐘(zhōng)光照加(jiā)正噴，然後再(zài)60分鐘光照(zhào)，最後是(shì)60分(fēn)鐘(zhōng)黑暗加(jiā)背噴。光(guāng)照時(shí)溫度(dù)設定70°C，噴淋時溫(wēn)度(dù)設定(dìng)38°C。圖17顯示了5家實驗室在這(zhè)個(gè)循(xún)環下(xià)對(duì)乙烯薄膜(mó)所做(zuò)的測試，結果(guǒ)相(xiāng)差很(hěn)大(dà)。例(lì)如，#4實(shí)驗(yàn)室需(xū)要大(dà)概(gài)300%的(dí)能量以達到與#7實驗室相(xiāng)同的失光(guāng)效果。在相同焦耳(ěr)數(shù)下測試結果(guǒ)之間的(dí)不同(tóng)，是(shì)由溫(wēn)度差異，濕(shī)度差異(yì)還(huán)是(shì)由氙燈燈管(guǎn)光譜功率(shuài)分布的(dí)改(gǎi)變引(yǐn)起(qǐ)的(dí)，我們(mén)並不清楚(chǔ)。然而(ér)，有一點很(hěn)清楚，在這(zhè)個測試中，焦(jiāo)耳(ěr)數不(bù)能(néng)精確表(biǎo)示樣品受(shòu)到(dào)的破壞程(chéng)度(dù)。

圖(tú)17－氙燈(dēng)曝曬之間的不同。相同乙(yǐ)烯樣品(pǐn)在相同測試條件下，失(shī)光(guāng)老(lǎo)化(huà)之(zhī)間的差異(yì)

結(jié)論

認為(wéi)用(yòng)焦耳數(shù)定義(yì)測試時間(jiān)可以精確測(cè)量對測(cè)試(shì)樣品(pǐn)的(dí)破壞(huài)作用的(dí)想法是錯誤(wù)的。不(bù)管(guǎn)是測量(liáng)總(zǒng)紫(zǐ)外波段(duàn)的(dí)焦耳(ěr)數(shù)還是某一波長(cháng)(如 340nm處)的焦耳數(shù)，相同焦(jiāo)耳(ěr)數未必(bì)產(chǎn)生相同的破(pò)壞效果(guǒ)。正好相反，用焦耳(ěr)數(shù)來(lái)定(dìng)義(yì)測(cè)試(shì)時間(jiān)會引(yǐn)起超過(guò)500%的(dí)誤差。

這些(xiē)錯(cuò)誤(wù)的主要原(yuán)因是：

?焦耳數(shù)沒有(yǒu)考慮(lǜ)光(guāng)譜的(dí)影(yǐng)響

?焦(jiāo)耳數(shù)沒(méi)有考(kǎo)慮溫(wēn)度的影響

?焦耳數沒有考慮濕(shī)度(dù)的(dí)影響

不管(guǎn)是在(zài)戶(hù)外(wài)還(huán)是實(shí)驗(yàn)室加(jiā)速測試中，溫(wēn)度(dù)，濕度和光譜(pǔ)的變化(huà)範圍(wéi)都(dū)很大(dà)。在測試(shì)條(tiáo)件確定(dìng)的(dí)試(shì)驗(yàn)中，因溫(wēn)度(dù)，濕(shī)度和光譜之(zhī)間(jiān)的不同(tóng)，要想使(shǐ)相同樣(yàng)品(pǐn)達到(dào)失(shī)效(xiào)，需要(yào)的(dí)輻照(zhào)焦耳(ěr)數相差500%。在很(hěn)多(duō)材料(liào)中(zhōng)，包(bāo)括(kuò)環(huán)氧樹(shù)酯(zhǐ)，聚(jù)氨(ān)酯，聚苯(běn)乙烯(xī)，PVC，聚碳酸酯(zhǐ)，ABS及尼龍，都(dū)出(chū)現(xiàn)了這樣的問(wèn)題(tí)。

另(lìng)外，老化效果的差異量(liáng)因測(cè)試(shì)材(cái)料而(ér)異(yì)，所以不(bù)可能得(dé)出溫(wēn)度或濕(shī)度(dù)的影(yǐng)響(xiǎng)與(yǔ)所(suǒ)需輻照焦(jiāo)耳(ěr)數之(zhī)間(jiān)的關(guān)係(xì)。另外(wài)，對(duì)於某(mǒu)些(xiē)材(cái)料，是否有濕度(dù)循環(huán)會使(shǐ)材(cái)料的老化(huà)類(lèi)型發生根本(běn)變(biàn)化(huà)，而(ér)這些測試是(shì)在相同(tóng)焦(jiāo)耳(ěr)數(shù)下(xià)用(yòng)相同(tóng)樣品進(jìn)行(háng)的。在這些(xiē)測試(shì)中，用焦耳(ěr)數來(lái)定義測試時(shí)間是(shì)毫無疑(yí)義(yì)的(dí)。