UV加速老化和自然老化的相關(guān)性

長(zhǎng)期以來(lái)，人工加速老化和自然老化測(cè)試結(jié)果間的相關(guān)性問題一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)上要求快速地得出老化測(cè)試結(jié)果，同時(shí)要求實(shí)驗(yàn)室人工加速老化和自然老化測(cè)試結(jié)果間有較好的相關(guān)性，然而實(shí)際上這兩個(gè)要求是相互矛盾的。人工加速老化方法使用比實(shí)際環(huán)境更高的測(cè)試溫度、更短波長(zhǎng)光源、更大的輻照強(qiáng)度，在加速材料老化進(jìn)程的同時(shí)，降低了與自然條件材料老化結(jié)果的相關(guān)性。

UV 加速老化設(shè)備配備的 UVA-340 燈管提供了一個(gè)新的解決方案 [1] 。 UVA-340 紫外燈光源能很好地模擬太陽(yáng)光譜中短波紫外光 （ ＜ 365 nm 部分 ） 。由于 UVA-340 紫外燈光源所模擬的太陽(yáng)短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，理論上這種方法的測(cè)試結(jié)果和戶外自然老化的相關(guān)性較好。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們針對(duì)戶外自然曝曬和使用 UVA-340 紫外光源人工加速老化的相關(guān)性進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)選用了環(huán)氧涂料、聚氨酯涂料以及聚酯涂料，分別進(jìn)行戶外自然曝曬和紫外人工加速老化實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)中樣品光澤和顏色的變化。

1.1 戶外自然曝曬實(shí)驗(yàn)

由于各地戶外自然曝曬的情況很不相同，為了準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，這里選擇了三種不同的典型氣候類型：亞熱帶氣候 （ 佛羅里達(dá)的邁阿密 ） 、沙漠氣候 （ 亞利桑那的鳳凰城 ） 和美國(guó)北方工業(yè)型氣候 （ 俄亥俄州的克里夫蘭 ） 。

戶外自然曝曬嚴(yán)格按照 ASTM G7 《非金屬材料的戶外自然曝曬試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。被測(cè)試樣的背板為厚 1.6 mm 的夾板，試樣架 45 °，朝南。

1.2 人工加速老化實(shí)驗(yàn)

人工加速老化測(cè)試按照 ASTM G154 《非金屬材料的紫外老化測(cè)試方法》執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為紫外加速老化試驗(yàn)機(jī) 。該試驗(yàn)箱具有閉環(huán)反饋回路系統(tǒng)控制 [2] ，可設(shè)定并控制 UV 光輻照強(qiáng)度。試驗(yàn)使用 UVA-340 紫外燈管，光強(qiáng)峰值為 343 nm ，截止點(diǎn)為 295 nm 。為了排除不同溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，測(cè)試溫度統(tǒng)一設(shè)定在 50 ℃。

實(shí)驗(yàn)分別在三種不同的循環(huán)條件下測(cè)試：

條件 1 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 0.83 W/（m 2 • nm） @340nm ；整個(gè)測(cè)試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。本測(cè)試循環(huán)中紫外的輻照強(qiáng)度相當(dāng)于夏天正午的太陽(yáng)光照。

條件 2 ： 4 h 紫外光照射， 4 h 冷凝； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 1.35 W/（m 2 • nm） @ 340 nm ；整個(gè)測(cè)試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。條件 2 與條件 1 基本類似，但輻照度更強(qiáng)。

條件 3 ： 4 h 紫外光照射 （100 ％紫外輻照，無(wú)冷凝，無(wú)暗周期 ） ； UVA-340 燈管的輻照點(diǎn)控制在 1.35 W/（m 2 • nm） @ 340 nm ；整個(gè)測(cè)試循環(huán)溫度控制在 50 ℃。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧涂料

樣板為涂覆在鋼板上的高光灰色環(huán)氧涂料。

戶外自然曝曬在一開始就表現(xiàn)出快速地失光和粉化，曝曬 1 a 后，樣板基本無(wú)光澤 （ 見圖 2） 。此外，三個(gè)曝曬地點(diǎn)的樣品都出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，在佛羅里達(dá)的樣板表面*為銹斑所覆蓋，而在亞利桑那和克里夫蘭的樣板有部分銹蝕。