劉保奎 費(fèi)永（聯(lián)合金屬科技(杭州)有限公司 浙江杭州311122）

聯(lián)合金屬科技(杭州)有限公司（簡(jiǎn)稱：聯(lián)合金屬）為了進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量，加快產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)度，準(zhǔn)確檢測(cè)有機(jī)高分子材料的韌性和強(qiáng)度等性能，特購(gòu)買了氙弧輻射試驗(yàn)箱、紫外光照射試驗(yàn)箱、高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱等檢測(cè)設(shè)備。我公司在實(shí)際使用中根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和實(shí)際情況選擇合適的試驗(yàn)方法，為有機(jī)高分子材料的研發(fā)、生產(chǎn)控制和產(chǎn)品性能持續(xù)改進(jìn)提供了有力的保證，筆者在此結(jié)合公司的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行闡述，旨在拋磚引玉，不足之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

1 、老化的機(jī)理

目前，聯(lián)合金屬的產(chǎn)品包括涂料、鋁塑、PET等有機(jī)高分子材料，這些產(chǎn)品暴露在潮濕、高溫、寒冷和光照輻射時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng)，主要是光化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)光化學(xué)反應(yīng)第一、第二定律，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)首先要吸收太陽(yáng)光，即物質(zhì)的分子或原子能夠吸收光能，使分子或原子處于高能狀態(tài)；其次一個(gè)分子或原子吸收的能量必須大于其鍵能，這樣才能使物質(zhì)發(fā)生降解，即老化。

2 、影響老化的因素

（一）、內(nèi)部自生結(jié)構(gòu)因素

有機(jī)高分子材料往往在聚合過程中有微量雜質(zhì)（催化劑或氧化產(chǎn)物）殘留和聚合物本身含有的一些不規(guī)整的結(jié)構(gòu)等自身化學(xué)結(jié)構(gòu)的老化弱點(diǎn)。當(dāng)這些有機(jī)高分子材料受太陽(yáng)光照射后，材料的老化弱點(diǎn)首先被攻破，出現(xiàn)原子或分子鍵的切斷、交聯(lián)、鏈的移動(dòng)斷裂及側(cè)鏈的變化等現(xiàn)象；老化就是完全的解聚反應(yīng)，使高分子的末端從原子間鍵弱的部分?jǐn)嗔选?/p>

（二）、外部環(huán)境因素

有機(jī)高分子材料長(zhǎng)期在戶外曝露于太陽(yáng)光和含氧大氣中，分子鏈發(fā)生種種物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致鏈斷裂或交聯(lián)，且伴隨著生成含氧基團(tuán)如酮、羧酸、過氧化物和醇，導(dǎo)致材料韌性和強(qiáng)度急劇下降。太陽(yáng)光中有大量的可見光、紅外光，和少量的紫外光。紫外光波長(zhǎng)300nm～400nm，能被含有羰基及雙鍵的聚合物吸收，而使大分子鏈斷裂，化學(xué)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致材料性能劣化。當(dāng)遇到高溫、高濕的環(huán)境時(shí)，分子結(jié)構(gòu)中的酮、羧酸、過氧化物和酯等含氧基團(tuán)會(huì)加速水解，加速有機(jī)高分子材料老化。

通過對(duì)有機(jī)高分子材料的老化機(jī)理的了解和對(duì)影響有機(jī)高分子材料的老化機(jī)理的相關(guān)因素的分析。為我們研究有機(jī)高分子材料的老化試驗(yàn)提供了可靠的依據(jù)。

3 、老化試驗(yàn)

（一）、自然氣候老化試驗(yàn)

自然氣候老化試驗(yàn)方法是國(guó)內(nèi)外廣泛采用的方法。其主要原因是自然氣候老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果更符合實(shí)際，所需的費(fèi)用較低而且操作簡(jiǎn)單方便。雖然我們可以在任何地方進(jìn)行自然氣候老化試驗(yàn)，但國(guó)際上比較認(rèn)可的試驗(yàn)場(chǎng)地是美國(guó)的佛羅里達(dá)，因?yàn)槠潢?yáng)光充足。

但自然氣候老化試驗(yàn)的不足之處是試驗(yàn)需要的時(shí)間長(zhǎng)，試驗(yàn)人員可能沒有這么多年的時(shí)間等待一個(gè)產(chǎn)品的測(cè)試結(jié)果。另外，即使是佛羅里達(dá)，氣候不可能年復(fù)一年的完全相同，故試驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性也不理想。

（二）、人工加速氣候老化

目前，我公司主要進(jìn)行的老化項(xiàng)目有氙弧輻射試驗(yàn)、紫外光照射試驗(yàn)、濕熱老化試驗(yàn)。

1、氙弧輻射試驗(yàn)

氙弧輻射試驗(yàn)被認(rèn)為是最能模擬全太陽(yáng)光譜的試驗(yàn)，因?yàn)樗墚a(chǎn)生紫外光、可見光和紅外光，此方法在國(guó)內(nèi)外被廣泛采用的方法。。

但這種方法也有它的局限性，即氙弧燈光源穩(wěn)定性及由此帶來的試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性。氙弧燈光源必須經(jīng)過過濾從而減少不期望的輻射。為達(dá)到不同的輻照度分布可有多種過濾玻璃類型供選擇。選用何種玻璃取決于被測(cè)試材料類型及其最終用途。改變過濾玻璃可以改變透過的短波長(zhǎng)紫外光類型，從而改變材料遭受破壞的速度和類型。

表1 聚酯型涂層鋁氙弧輻射試驗(yàn)

試驗(yàn)實(shí)例：聚酯型涂層鋁氙弧輻射試驗(yàn)見表1。

2、紫外光照射試驗(yàn)

紫外光燈照射老化試驗(yàn)利用熒光紫外光燈模擬太陽(yáng)光對(duì)耐久性材料的破壞性作用。這與前面提到的氙弧燈有區(qū)別，熒光紫外燈在電學(xué)原理上與普通的照明用冷光日光燈相似，但能生成更多的紫外光而非可見光或紅外光線。

對(duì)于不同的曝曬應(yīng)用，有不同類型的具有不同光譜的燈供選擇。UVA-340型的燈在主要的短波長(zhǎng)紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽(yáng)光。UVA-340燈的光譜能量分布 （SPD）與從太陽(yáng)光譜中360nm處分出的光譜圖很近似。UV-B型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗(yàn)用燈。它比UV-A型燈對(duì)材料的破壞速度更快，但其比360nm更短的波長(zhǎng)能量輸出對(duì)很多材料會(huì)造成偏離實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果。但熒光燈與其他類型的燈不同，它的光譜能量分布不會(huì)隨時(shí)間變化。這一特點(diǎn)提高了試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。

試驗(yàn)實(shí)例：天花用涂層鋁和涂層PET紫外燈照射試驗(yàn)見表2.

表2 天花用涂層鋁和涂層PET紫外燈照射試驗(yàn)

表3 天花用涂層鋁

表4 涂層PET（層壓處理后）

表5 涂層PET（層壓處理后）“雙85”試驗(yàn)

（1）天花用涂層鋁，見表 3；

（2）涂層 PET（層壓處理后），見表 4。

3、濕熱老化試驗(yàn)

濕熱老化試驗(yàn)是系統(tǒng)采用加熱與制冷平穩(wěn)、加熱與除濕平衡的方法進(jìn)行控溫控濕調(diào)節(jié)，加熱、加濕功率受控制器控制，工作原理是控制器通過傳感器檢測(cè)的溫濕值與控制器設(shè)定值比較，經(jīng)過一系列運(yùn)算后，調(diào)節(jié)加熱、加濕固態(tài)繼電器的通斷時(shí)間，從而達(dá)到調(diào)節(jié)加熱、加濕功率的目的。老化時(shí)間為1000h，恒溫恒濕試驗(yàn)箱溫度為85℃，相對(duì)濕度為85%（簡(jiǎn)稱“雙85”）。試驗(yàn)后對(duì)外觀、涂層附著力、與EVA粘結(jié)強(qiáng)度衰減率進(jìn)行判定。

實(shí)驗(yàn)實(shí)例：涂層PET（層壓處理后）“雙 85”試驗(yàn)，見表 5。

4 、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外自然氣候老化、氙弧輻射老化、紫外光老化、濕熱老化試驗(yàn)都是應(yīng)用廣泛的試驗(yàn)方法。這四種方法是基于完全不同的原理。自然氣候老化直接暴露在大自然環(huán)境中進(jìn)行。氙燈照射試驗(yàn)箱仿制全部的太陽(yáng)光譜，包括紫外光、可見光和紅外光，其目的是模擬太陽(yáng)光。而紫外光老化試驗(yàn)并不企圖仿制太陽(yáng)光線，而只是模仿太陽(yáng)光的破壞效果。它是基于這樣的原理，長(zhǎng)期在室外暴露的耐久性材料受短波紫外光照射引起的老化損害最大。濕熱老化試驗(yàn)是在高溫、高濕的環(huán)境條件下，使分子結(jié)構(gòu)中的酮、羧酸、過氧化物和酯等含氧基團(tuán)加速水解，加速有機(jī)高分子材料老化。綜合上述分析，目前沒有任何一種老化試驗(yàn)方法能夠完全有效地檢測(cè)產(chǎn)品的老化性能，而應(yīng)當(dāng)運(yùn)用各種試驗(yàn)方法，從多個(gè)層面上模仿自然氣候、提高重現(xiàn)性、加快老化速率和減少試驗(yàn)費(fèi)用是老化試驗(yàn)的研究必然趨勢(shì)。