光老化实验试验基础培训

实验室光老化实验基础主讲：颜景莲内容概要1.老化基本因素2.试验室老化技术3.碳弧灯老化试验不得不进行测试(规定要求)~65%与竞争对手的材料进行比较~15%R&D~10%保修要求/其它~10%为什么测试？为什么测试？为什么测试？根据材料性能分级将新材料与“已知”材料进行比较找出可能的失效机理评估表面处理或其它处理方法确定相关性预测产品使用寿命1.老化基本因素光：质量/数量水：数量/相态温度：数量/循环UV紫外线295-400nm6.8%Visible可见光400-800nm55.4%IR红外线800-2450nm37.8%以上数据引自CIE出版物85表41.1光能SolarRegion日光范围UVAUVBUVCVisibleIRAIRBIRC200280315400800140030001,000,000日光组成波长越短,光子能量越高。短波可能具备足够的能量打断化学键。UV6.8%VIS55.4%NIR37.8%波长(nm)相对光能250300350400450500550600700800650750E=h=hc/E=Energy光能h=Planck’sConstant普朗克常数=Frequency频率c=Velocity光速=Wavelength波长日光辐射1.2水/湿度相态：气态/液态/固态物理作用：水合/脱水过程(气态/液态)结冰/解冻循环（固态/液态）侵蚀(液态)热冲击(液态)冲击(固态)化学作用溶剂(气态/液态)试剂/水解介质(气态/液态)pH调节剂(气态/液态)水/湿度直接影响热化作用反应速度膨胀/收缩系数协同作用试样温度最高温度蒸发/挥发1.3热/温度模拟并加速光：质量/昼夜循环水：湿度/降雨/冷凝温度2.试验室老化技术理想特性重复性重现性独立控制各应力2.1实验室老化0.00.51.01.52.02.53.0300350400450500550600650700750800Wavelength(nm)Irradiance(W/m^2*nm)AverageMiami,FLDirectSun基准日光谱0.00.51.01.52.02.53.0300350400450500550600650700750800Wavelength(nm)Irradiance(W/m^2*nm)AverageMiami,FLDirectSunAverageMiamiBehindWindowGlass基准日光谱0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0270290310330350370390Wavelength(nm)Irradiance(W/m^2*nm)AverageMiami,FLDirectSunAverageMiamiBehindWindowGlass基准日光谱聚合物敏感波长老化类型丙烯腈－ABS350-380nm380nm380nm370-385nm失去弹性白化、黄化紫外吸收增加芳香族化合物385nm黄化指数增加聚酰胺－PA（芳香族）360-370nm*,415nm*黄化指数增加聚丙烯－PP340-380nm360-380nm形成羟基失去弹性聚亚胺酯（芳香族）350-415nm*黄化指数增加PVC聚合物365nm黄化指数增加紫外吸收增加聚合物敏感波长2.2实验室模拟日光碳弧灯紫外光氙弧灯其它光源碳弧灯封闭式/紫外型碳弧灯开放式/阳光型碳弧灯0.00.51.01.52.02.53.0270320370420470520570620670720770Wavelength(nm)Irradiance(W/m^2*nm)AverageMiami,FLDirectSunSunshineCarbonArcEnclosedCarbonArc碳弧灯与日光光谱结论不能精确模拟自然日光；可作为筛选工具；在一些汽车标准中仍然使用。碳弧灯•荧光灯光源:–UVB-313–UVB-FS40–UVA-340–UVA-351紫外光0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0270320370420470520570620670720770Wavelength(nm)Irradiance(W/m^2*nm)AverageMiami,FLDirectSunUVA-340UVB-313紫外灯与日光光谱紫外光源结论不能精确模拟自然日光，仅包括紫外部分；可作为材料筛选工具；相关性较差；氙弧灯氙弧灯氙弧燃烧器氙弧灯组合氙弧灯波长[纳米](W/m2/nm)辐照度日光红外吸收涂层/钠钙玻璃氙弧灯与日光光谱氙弧灯结论精确模拟自然日光独立控制应力因素良好的重复性与重现性要兼顾相关性与加速性，采取折衷的办法；试验越快，越有可能不相关；10或更高的加速因子都是由材料/环境决定的；没有通用的相关因子；相关因子由经验获得。相关性降低相关性的因素短波曝晒高强度曝晒连续光照曝晒不真实的试样温度不同颜色材料之间的不真实/不存在的温差不真实/不存在的温度循环不真实/不存在水分分布相关性3.碳弧灯老化试验ASTMD750-06橡胶材料的碳弧灯老化试验装置ASTMD822-01(2006)涂层的开放式碳弧灯试验方法JISA1415-1999聚合物建筑材料暴露于试验室光源的方法JISD0205-1987汽车零部件耐候性试验方法AATCC16-2004.色牢度试验方法参数设备要求弧灯形状开放式（Sunshine）炭棒极上端/下端铜覆盖的阳光碳弧放电电压（V）50（±2%）放电电流（A）60（±2%）样品转旋架距离（mm）476-482直径（mm）960旋转速度大约1rpm/min样品表面的光强度（W/m2）255（±10%）(300-700nm)78（±10%）(300-400nm)玻璃滤镜透光率205nm≤1%；302nm≥68％；375～700nm≥90%运行条件黑板温度计温度控制（℃）83±363±3(或者83±3)新鲜水喷淋条件压力（kPa）没有喷淋规范78-127流速（ml/min）2100±100喷淋时间60min光照中的12min喷淋运行周期持续光照持续光照，2000hJISD0205-1987准备：标识样品，初始测量，平板形，尺寸：70×150mm。安装：样品安装在夹具上，应当不承受任何应力。暴露：试验前应确定试验箱能够按照并维持规定条件运行。调整：每20小时调整一次样品位置。移出：在规定的时间之后，应当移出样品，并尽快按照进行评价测量。维护：定时更换和清洗氙弧灯、更换和清洗滤管。测试步骤表面状况应当对样品的暴露面进行外观缺陷的检查（如裂纹、粉化、污点、剥落以及开裂）。变色对于非单色或者纹理材料，将样品颜色对比与灰度标尺之间对照进行测定。对于单一颜色样品，测定颜色，计算实验前后色差。光泽测定试验前后的光泽，并计算光泽保持率。123评价方法