为了解高分子材料和产品的耐候性 , 常常使用实验室光源来模拟和强化自然气候中 的光、热 、 氧 、 湿和降雨等老化破坏因素 , 尤其是光,以加速高分子材料的老化 , 由此评定其性能变化 , 期望在短期内获得近似于自然气候的耐候性结果 。氙灯人工加速老化试验箱 (以下简称氙灯人工老化箱 )是实验室进行塑料 、 涂料等高分子材料加速老化试验的常用设备 , 随着氙灯人工老化箱的研制发展 , 种类 、 型号越来越多 , 目前广泛应用的有水冷和气 (风 )冷两种 。采用相同标准但使用不同类型或型号的氙灯人工老化箱进行试验是否存在差异 , 是众多企业高度关注的问题。本文主要阐述聚乙烯薄膜及涂料在不同类型氙灯人工试验箱的试验与结果 。

一、试验
1、试验样品
聚乙烯塑料薄膜 (厚度 0.08 ～ 0.09mm);汽车面漆试样 (白色和黄色 )二种、 外墙涂料试样一种,样品尺寸 :150mm ×75mm。
2、老化试验设备氙灯人工试验箱 ,
水冷式:美国 ATLAS 公司产 C I5000、 C I6500;国产 LHS - XⅡ 65。气冷式:美国 Q - Panel公司产 Q - sun3000。
3、老化试验依据
GB /T16422.2 - 1999 《塑料实验室光源暴露试验方法 第二部分 :氙弧灯 》;GB /T1865 - 1997《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》。

二、结果与讨论
1、相同塑料薄膜在不同型号氙灯人工试验箱的试验结果
本试验选用对拉伸指标比较敏感的聚乙烯塑料薄膜作受试材料 , 依据 GB /T16422.2 - 1999的规定 , 选 定 试 验 条 件 为[ 1] :光 辐 照 度 0.5W /m2(340nm ), 黑标准温度 (65 ±5)℃;相对湿度(70 ±5)%;喷淋时间 光/ 照时间 18min /102m in。试验时间为 1200小时。聚乙烯塑料薄膜在不同型号氙灯人工老化箱的老化试验结果见表 1受试聚乙烯 薄膜在 C I5000、C I6500和 LHS三种型号水冷式氙灯人工老化箱中经 1200小时的老化试验 , 拉伸强度结果和下降趋势基本一致 , 而其在风冷式氙灯人工老化箱中的老化试验 , 拉伸强度的下降趋势明显比其他水冷式氙灯试验箱快得多 。
断裂伸长率保持率是塑料薄膜老化比较敏感的指标, 由表 1可看出:受试薄膜经 1200小时的老化试验 , 断裂伸长保持率下降至 0 ～ 40%之间 , 以风冷式的 Q-SUN 老化下降速度最快, 薄膜经 1000小时老化就已经脆裂 ;其次是水冷式LHS -XⅡ 65,经 1200小时老化断裂伸长率保持率约为 16%;下降比较缓慢的是水冷式的 C I系列 , 经 1200小时老化断裂伸长率保持率约为 40%, 两者下降趋势基本一致 。
2、相同汽车面漆在不同型号氙灯人工老化箱的试验结果
本试验选用颜色比较浅的白色和黄色汽车面漆作受试材料 , 依据 GB /T1865 - 1997的规定 , 选定试验条件[ 2] 为:光辐照度0.5W /m2(340nm), 黑板温度 (65 ±2)℃;相对湿度 (60 ～ 80)%;喷水时间 /不喷水时间 18min /102m in。试验时间为 1000小时 。经不同型号氙灯人工老化箱老化的汽车面漆的表面性能变化结果。
经 1000小时的氙灯老化试验的二种不同浅颜色的汽车漆的失光率和颜色色差 △E随老化时间的变化 , 从图 1和图 3可以看到 :在水冷式的氙灯人工老化箱中的样品光泽几乎没有变化, 无论是C I5000还是 LHS氙灯人工老化箱中的试样, 在老化 800小时后才有很低的失光率, 两者差别极小;而在风冷式的 Q-SUN 氙灯人工老化箱中的样品,老化仅 200小时样品表面光泽就开始变化, 失光率快速上升 , 与风冷式氙灯人工老化箱经历相同老化时间失光率相差一个级别。但有意思的是, 受试样品的色差变化却表现出与失光率不相吻合的结果,色差 △E的变化也在老化 200小时后开始增大, 却以 C I5000变化最快 , LHS 次之 , Q-SUN 最慢, 老化 1000小时后 C I5000与 Q-SUN 的受试样品色差△E值大小相差接近 1倍 。
3、相同外墙涂料在不同型号氙灯人工老化试验箱的试验结果
本试验还选用外墙涂料 (漆 ) 作受试材料 ,依据 GB /T1865的规定, 选定试验条件为[ 2] :光辐照度 0.5W /m2(340nm), 黑板温度(65 ±2)℃;相对湿度 (60 ～ 80)%;喷水时间 不/ 喷水时间 18m in /102m in。试验时间为 600小时 。外墙涂料在不同型号氙灯人工老化箱老化试验的表面性能变化结果见图 5、 6。受试外墙涂料经 600 小时的氙灯老化 , 出现 1级变色的时间在三个氙灯人工老化箱中是不同的, 以在 C I5000 中的样品最快, 400小时 ,在 LHS 中的 500小时 , 而在 Q-SUN 中的要经 600小时。
受试外墙涂料经历老化时表面发生粉化现象的时间也有差异 , 经 200小时氙灯老化 , 在 LHS 和Q-SUN中试验的样品都同时出现 1级粉化现象 , 而相同样品在 C I5000中老化 250 小时才出现 1级粉化 , 而且经 600 小时老化仍然保持 1级粉化, 但LHS中和 Q-SUN 中的相同样品就分别在 500和 600小时时出现 2级粉化现象。
4、不同氙灯人工老化箱的特点差异
为快速评定材料自然使用时的耐候性而广泛使用人工老化加速试验 , 以氙灯为人工光源的老化试验箱是目前使用比较多的 。一直以来 , 大量研究成果都应用在方法标准的制订中, 包括 ISO、 ASTM和 GB, 都无一例外地规定氙灯老化试验条件主要有光辐照度 、 温度、 相对湿度和喷水周期 。本试验完全遵循所引用标准规定的试验条件 , 各氙灯人工老化箱的试验条件与特点见表 2。 虽然试验所用的氙灯人工老化箱的主要试验条件 , 包括光辐照度、 温度 、相对湿度和喷水周期被调节为符合标准的相同要求 , 所用喷淋水的纯度也是控制在标准最低要求内 , 同时共用。但是不同型号的氙灯人工老化箱由于制造的不同 , 与试验相的部分特点仍然存在差异之处 , 比如, 氙灯数量和氙灯功率、 冷却方式、 试样架方式和喷淋试样方式 、 以及试样与光源的垂直距离 。
另一方面, 从设备供应商提供的光源光谱图见图 7、 8, 无 LHS 谱图 ) 中, 也可 以看 出,C I5000、 C I6500和 Q-SUN 在波长 300μm ～ 800μm的光谱是存在一定差异的。
5、氙灯人工老化箱特点差异与老化结果
相同受试样品在依据规定的试验条件下, 在上述几个型号的氙灯人工老化箱中进行老化试验 , 其试验结果存在老化速度快慢和老化现象的不同 。虽然 GB /T16422.2已经指出:“不同型号的装置所得的试验结果不宜进行比较 , 除非受试材料在这些装置间的重现性已被确定” , 但是, 很多不同产品都会引用方法标准进行老化性能评定, 那如何保证被评定产品老化质量的同一性呢  为什么同一受试样在相同试验条件下未能获取相同或近似的试验结果呢
众多研究成果都表明 , 氙灯光源是氙灯人工老化最主要的影响因素 , 本试验所选用几个型号的氙灯人工老化箱, 水冷式老化使用 1支氙灯, 功率有不同大小 , 风冷式老化箱使用 3支氙灯 , 总功率为 5400W , 但无论是使用 1支还是 3 支氙灯, 在340μm 波长点控制的光辐照度为 0.5W /m2 都是一致的。但是 , 从图 7 与图 8中我们可以看到:在300μm ～ 800μm波长范围内, C I5000 与 C I6500的光谱是吻合的, 在 300μm ～ 400μm 波长内, C I系列与 Q-SUN 光谱大致是一致的, 而在 400μm ～800μm 波长内 , 两者的波型和波峰存在显见的差别 , 说明该波段光强度有可能存在差异。这极有可能会对材料发生老化 (降解)的速度快慢和现象产生影响 。
另一方面, 试样架和喷淋试样方式, 以及试样与光源的垂直距离在不同氙灯人工老化箱中都存在差别。试样虽然都以同样方式固定, 但样架转动有可能更利于试样的温度均匀分布, 托盘可能会造成“背板” 效应导致局部热积聚, 从而使试样老化速度加快。喷淋试样主要是为了模拟自然气候中的 “毛毛细雨 ” 或 “倾盘大雨 ” 的降雨, 不同氙灯人工老化箱使用雾喷淋或水喷淋 , 雾喷淋在雾化过程有可能把空气中极微细污染物 “携带 ” 附在试样表面, 使得试样表面 “污脏 ”, 导致试样表面性能变
差。水喷使试样 “污脏 ” 的可能很少, 试样某些表面性能就会变化较慢 。试样与光源的垂直距离的差别也有可能是引起材料老化结果不同的因素之一。氙灯人工老化箱在以上几个方面的不同 , 有可能使受试的塑料薄膜在 Q-SUN 试验箱中更快地
发生分子断裂引起断裂伸长率下降 。也有可能使受试汽车漆在 C I5000等试验箱中发生变色但并不失光, 而涂料老化往往是从失光开始的 。同时也可能使外墙涂料在 Q-SUN试验箱中加快出现粉化现象。

三、小结
1、聚乙烯薄膜、 汽车漆和外墙涂料依据标准规定的试验条件, 在不同类型或型号的氙灯人工老化箱中进行老化试验, 相同受试样品的老化速度和老化现象存在明显差异 。
2、聚乙烯薄膜在不同型号的氙灯人工老化箱中经历老化, 断裂伸长率保持率以 Q-SUN 氙灯人工老化箱老化下降速度最快 , 其次是 LHS - XⅡ65, 比较缓慢的是 C I系列 。
3、涂料 (汽车漆 、外墙涂料 ) 在不同型号的氙灯人工老化箱中经历老化 , 色差 (△E)增大以C I5000氙灯人工老化箱最快, LHS 次之 , Q-SUN最慢 , 其差异接近 1 倍。失光以风冷式 Q-SUN 氙灯人工老化箱最大且速度最快 , LHS和 C I5000较慢较低, 在相同老化时间时失光率两者相差一个级别。最快出现粉化现象的是 Q-SUN 和 LHS氙灯人工老化箱外墙涂料试样 , 粉化级别随老化时间延长加大 , C I5000试样出现粉化较慢, 级别加大速度也比较慢 。
4、使用不同型号氙灯人工老化箱老化的试验结果不宜进行相互比较, 在评定同一产品老化性能时 , 建议使用相同类型和型号的氙灯人工老化箱 。

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