光老化试验的常用方法

　　日常生活中，日光的照射是一种很常见的环境现象。涂层、塑料等高分子材料受到日光照射的长期使用过程中，经常出现变色、粉化、起泡、裂纹、脱落等现象，严重影响产品的机械性能、外观表现等特性。因此，在研发涂料、塑料等材料的过程中，需要模拟自然使用条件，即进行光老化试验对其进行评测来提供评价依据。同时，也为了能快速地评估材料的性能，在进行新材料的光老化试验中，常常采用人工加速光老化的方法。目前，普遍使用的人工加速老化试验方法主要有碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯、金属卤素灯等。下面主要介绍荧光紫外灯和氙弧灯这两种方法，并对应了进行老化试验的两种试验设备：紫外光老化试验箱和氙灯老化试验箱。

　　紫外光老化试验箱采用荧光紫外灯为光源，通过模拟自然阳光中的紫外辐射和冷凝，对材料进行加速耐候性试验，以获得材料耐候性的结果。可模拟自然气候中的紫外、雨淋、高温、高湿、凝露、黑暗等环境条件，通过重现这些条件，合并成一个循环，并让它自动执行完成循环次数。

　　氙灯老化试验箱可用于新材料的选择，改进现有材料或评估材料组成变化后耐用性的变化等试验。设备可以很好的模拟在不同环境条件内，材料暴露在阳光下所产生的变化。氙灯耐气候试验设备通过将材料暴露在紫外线，可见光和红外光下，对材料的耐光性进行测定。它采用经过过滤处理的氙弧灯来产生与阳光具有吻合性的全阳光光谱。采用合理过滤处理的氙弧灯是测试产品对直接光照中或透过玻璃的阳光中的较长波长段紫外线和可见光敏感度的佳方式。

　　另外，老化是产品在一段时间内发生的不可逆的变化。即使产品使用的精确条件是未知的，也必须要考虑到产品的保质期，这是制造商面临的一大难题。因此，模拟产品的使用条件和数年后自然发生的变化的测试方法为人们所需要。然而，样品在测试过程中引起的变化并不发生在实际使用过程中，人工老化与自然老化之间的相关性差，这也是有可能的。在实践中，用于坐垫革的老化条件为这类情况提供了例子。

　　试验过程：

　　这意味着，测试方法要求与正常使用相关联并且足够灵敏以确定老化的细微变化。一个可行的方法是弯曲刚度的测定，并在人工老化试样上测试过。

　　将皮革于室内暴露在人工条件和自然条件下老化18个月，确定此试验能够提供有关长期老化特征的信息。然后评估该试样，以查看弯曲刚度的变化是否能体现出两种照射类型之间的相关性。选择了6种不同的皮革进行比较，见表1。

　　1.自然老化方法

　　将样品固定于尺寸为50cm×150cm的木制框架的两侧。一组皮革暴露在阳光下(朝南的窗户)，而另一组朝里(即不暴露在阳光下)，两组均暴露在室内条件下。这使有关暴露在阳光下产生的影响能够在室内条件下进行直接的比较。

　　2.人工老化方法

　　使用一在线温度测量装置，每隔12min测定一次暴露在阳光下的皮革的表面温度和没有暴露在阳光下的皮革样品的表面温度。记录这18个月中每月平均温度变化，并在图1中给出。

　　此外，每2至3个月取一次试样片，再处理，并且除了弯曲刚度外，还要测定以下性能：抗张强度，撕裂强度，粘合性，挠曲性，耐擦坚牢度(DIN EN ISO 105-B02)，脂肪含量。

　　人工老化在烘箱中进行，热处理温度为80℃，时间间隔24h，长处理时间为144h。皮革样品至少处理24h，然后在下一个24h处理之前测试。所用的测试是那些已示于自然老化中的有意义的变化，并建立了两种类型的曝光之间的相关性。

　　老化结果：

　　1.自然老化的弯曲刚度

　　将样品弯曲，使用校准过的力传感器测试，弯曲力确定在mN。由于测试不是破坏性的，这种测试可以重复，接着进一步暴露至老化周期。

　　根据皮革老化先前的经验，由弯曲刚度变化表示的硬化和脆化都伴随着水分损失和面积减少。这些变化如表2所示。

　　从表2可以看出，暴露在阳光下的铬鞣革的弯曲刚度比那些不受太阳影响的革有更大的增加。然而，参考图1可知，两组皮革之间的表面温差并不大。因此，该差异并不是直接由太阳的加热效应引起的，而必定是由光效应引起的。

　　在阳光下曝光和不曝光之间产生的这些差异仅在铬鞣革上显著。无铬鞣革的弯曲刚度也显示增加，但由于在干燥条件下的 “太阳”效应引起的差异非常小。平均两到三个月的时间，这些变化示于图2。

　　然而，与人工老化数据的比较表明弯曲刚度的改变与环境温度的改变密切相关，即较低温度下得到较低的变化率，较高温度下变化率增大(见图3)。

　　此外，与人工老化相关的这些变化也可能与水分含量有关。如表2所示，即使再处理，皮革水分含量显示出水分流失不可逆。

　　尽管温度的变化类似，样品1和2在曝光后期显示出30%的绝对差异。这可通过以下事实来解释，样品1是没有涂饰的革，而样品2因半苯胺涂饰的保护使其太阳效应更少。

　　两种无铬鞣革(样品3和4)受到相同的温度变化，但是这些皮革的太阳效应可忽略不计。

　　样品5和6所示的变化是使用不同加脂剂的结果。改性过的加脂剂能提供更好的保护，这可由较低的弯曲刚度变化来得到证实。

　　2.人工老化的弯曲刚度

　　如图3所示，在80℃人工热老化下的弯曲刚度的变化是线性的。这些发现使皮革之间可以直接比较，但是自然老化没有数学联系。虽然应当认识到阳光因子不存在人工老化试验中，但是认识人工老化与自然老化之间的联系是有可能的。这使得皮革之间的差异更明显。

　　对于铬鞣革(样品1和2)，由于分别为未涂饰革和半苯胺革，终值相差15%。与铬鞣革相比，无铬鞣革(样品3和4)在弯曲刚度上只有很小的差别。铬鞣革(样品5和6)显示出加脂剂改性的积极效果。

　　3.自然和人工老化的比较

　　因为自然老化的弯曲刚度没有以线性方式表现出来，所以不可能给出这两种老化方式之间的数学关系。然而，通过比较表3和表4中的弯曲刚度，可以比较自然老化的时间和人工老化所得的值。

　　人工老化与自然老化的近似关系见表5。这些结果表明，人工老化皮革弯曲刚度的测试可以为自然老化提供度量。其它试验方法表明，可衡量的变化有挠曲性，耐光性和脂肪含量，但与人工老化没有相关性。