紫外老化试验箱塑胶老化测试详解

，这是一个关于紫外老化试验箱对塑胶类产品进行老化测试的详细说明。这对于评估塑胶产品的耐用性和寿命至关重要。

一、 测试目的与原理

核心目的： 在实验室中模拟并加速户外阳光中的紫外光、雨水、露水等对塑胶材料的破坏作用，通过在短时间内暴露，来预测塑胶产品在长期真实户外环境下的耐候性（寿命和性能变化）。

基本原理：
塑胶的老化主要来自三个因素：光、热和水分。

• 光（紫外辐射）： 太阳光中的紫外波段（UV）能量最高，能打断塑胶聚合物的化学键，导致分子链断裂或交联，这是材料性能下降的主因。

• 热（温度）： 高温会加速光致降解的化学反应速度。温度每升高10℃，化学反应速率大约提高一倍。

• 水分（潮湿/冷凝）： 雨水、露水会造成塑胶的湿气吸收、冻融循环，并加剧光氧老化过程，导致涂层起泡、开裂、水解等。

紫外老化试验箱通过荧光紫外灯管 模拟太阳紫外光，通过加热系统 控制温度，通过冷凝或喷淋系统 模拟水分侵蚀，将这三个因素循环作用于样品，从而实现快速、可重复的老化测试。

二、 紫外老化试验箱的主要构成

1. 光源系统： 核心是紫外荧光灯管。常用的有UVA-340 和UVB-313 两种。

• UVA-340： 能最佳地模拟太阳光从365nm到295nm截止点的紫外光谱。主要用于模拟户外直射阳光，测试结果与实际户外暴晒相关性较好。

• UVB-313： 发出低于太阳光截止点的短波紫外光，强度更高，破坏性更强。能大程度地加速试验，但可能导致与实际老化不符的失效模式。多用于质量控制和研究开发。

2. 温度控制系统：

• 黑板/黑标温度计： 用于监控并控制测试样品表面的温度。

• 箱内空气温度传感器： 控制箱内环境温度。

3. 潮湿/冷凝系统：

• 冷凝功能： 在灯管关闭时，通过加热箱底部的水盘产生水蒸气，在温度较低的样品表面形成冷凝露水。这主要模拟了户外夜间和清晨的结露现象。

• 喷淋功能： 通过喷嘴向样品表面喷洒去离子水，模拟雨水的冷却和侵蚀效应。

4. 测试箱体： 由耐腐蚀材料制成，内部有样品架，用于固定测试样品。

三、 测试流程与常用标准

一个典型的测试流程包括以下几个步骤：

1. 样品制备： 准备待测的塑胶样品，并确保其清洁、无划痕。

2. 选择测试条件：

• 光照阶段： 在UVA-340灯管下，设定60°C的黑板温度，照射8小时。

• 冷凝阶段： 关闭灯管，设定50°C的温度，形成100%冷凝，持续4小时。

• 重复循环： 不断重复上述光照和冷凝循环。

• 注：可根据需要加入喷淋循环。

• 选择灯管类型（UVA-340或UVB-313）。

• 设定测试循环： 这是测试的核心，决定了模拟环境的严酷程度。一个常见的循环示例如下：

3. 放置样品： 将样品固定在样品架上。

4. 开始测试： 设置总测试时间（通常以小时计，如几百到几千小时）。

5. 性能评估： 在测试的不同时间间隔取出样品，进行评估。评估方法包括：

• 外观变化： 颜色变化（色差ΔE）、光泽度下降、表面粉化、开裂、起泡、斑点等。

• 力学性能变化： 拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率的保留率。

• 分子结构变化： 使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析羰基等官能团的生成。

常用国际标准：

• ISO 4892-3: 《塑料 实验室光源暴露方法 第3部分：荧光紫外灯》

• ASTM G154: 《非金属材料荧光紫外灯暴露操作标准》

• ASTM D4329: 《塑料荧光紫外灯暴露标准》

• SAE J2020: 《汽车外饰件荧光紫外/冷凝加速暴露测试》

四、 塑胶材料常见的老化现象

• 变色/褪色： 颜料或聚合物本身因紫外光而降解。

• 光泽度下降： 表面因降解而变得粗糙。

• 粉化： 表面聚合物严重降解，形成粉末状物质。

• 开裂/龟裂： 表面因分子链断裂和内应力而出现裂纹。

• 脆化： 断裂伸长率大幅下降，材料变脆，易折断。

• 强度下降： 拉伸强度、冲击强度等力学性能显著降低。

• 起泡： 多见于涂层或含有挥发性物质的材料，因热和水分共同作用导致。

五、 重要注意事项

1. 相关性而非等同： 紫外老化测试是加速和模拟测试，其结果与户外实际暴晒有很好的相关性，但测试1小时并不等于户外暴晒多少小时。它主要用于对比不同材料或配方的耐候性优劣。

2. 灯管选择至关重要： UVA-340更贴近真实环境，UVB-313加速更快但可能过于严苛。选择错误可能导致测试结果没有参考价值。

3. 样品制备一致性： 样品的厚度、颜色、来源等必须一致，否则无法进行公平比较。

4. 定期维护： 灯管有使用寿命（通常几百到一千小时），需定期更换以确保光谱稳定。喷淋系统和加湿系统也需要定期清洁，防止水垢堵塞。