高分子塑料材料做实验室加速老化与自然暴露试验的意义

时间：2024-12-21

为什么要对橡塑材料做老化实验？

塑料制品在户外使用时，由于受到诸多环境因素如太阳辐射、氧气、臭氧、温湿度及微生物等的作用，往往会出现变色、粉化、裂纹及霉变等老化现象，影响其使用寿命。因此，对塑料制品进行环境耐候性评估是材料可靠性研究的重要一环，可用于材料寿命的评估。

常用的耐候性评估方法主要有：自然暴露（晒场）及实验室加速老化（氙灯暴露、碳弧灯暴露、荧光紫外灯暴露及金属卤素灯暴露等）。自然暴露能较为真实的反映塑料制品的耐候性，但自然暴露周期往往为数月甚至数年，同时受地域不同地球纬度不同、非稳性天气环境变化等，会大大影响产品的开发周期及实验结果；而实验室加速老化能快速反映某种稳定工况下的材料耐候性优劣，但由于其工况与材料实际使用环境存在差异，材料在实际使用中是否会出现与加速老化一致或相近的老化现象，有着较大的不确定性。

实验室加速老化常见测试参数及影响因子：

考察指标：1、直观参数：色度、粉化、裂纹及霉变；2、物理性能参数：冲击强度、熔融指数；

测试参数影响因子：

1、氙灯暴露/荧光紫外灯暴露----灯型、暴露时间（干燥时间、喷水时间）、辐照度、温湿度；

2、自然暴露----地域场地、朝向角度；

实验室加速老化与自然暴露相关性

实验室加速老化与自然暴露相关性可以用spearman相关系数（以下简称相关系数）来体现，相关系数rs计算公式如式（1）所示。

式中，d_i表示同一样品耐候性优劣的排序之差，n表示样品个数。

根据式1计算氙灯、荧光紫外灯暴露分别暴露7天及14天与自然暴露28天、42天、56天及90天的关联系数，结果分别见表4、表5。

表4氙灯暴露与自然暴露相关系数

rS	28天自然暴露	42天自然暴露	56天自然暴露	90天自然暴露
氙灯暴露7天	0.780	0.820	0.840	0.705
氙灯暴露14天	0.680	0.890	0.941	0.821

表5荧光紫外灯暴露与自然暴露相关系数

rS	28天自然暴露	42天自然暴露	56天自然暴露	90天自然暴露
荧光紫外灯暴露7天	0.800	0.920	0.923	0.966
荧光紫外灯暴露14天	0.696	0.950	0.943	0.992

由表1及表2可以看到，对于本试验的ABS样品，氙灯暴露14天与自然暴露42天、56天、90天相关系数均在0.8以上，相关性良好；荧光紫外灯暴露14天与户外自然暴露42天、56天、90天相关系数均在0.93以上，相关性较高；而其他阶段相关系数相对较低。这与ABS在不同老化阶段反应速率不一致有关，只有在特定老化阶段、反应速率相近的老化过程中，实验室加速老化才表现出与自然暴露较好的相关性。因此在讨论相关性时，选择合适的老化阶段尤为重要。

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