光老化測(cè)試
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
光老化測(cè)試的實(shí)例教程
人工加速老化測(cè)試實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)生活中有著許多較為實(shí)際的應(yīng)用，產(chǎn)品在自然環(huán)境下由于各種條件的影響會(huì)導(dǎo)致了一些列的變化而發(fā)生老化現(xiàn)象，這些現(xiàn)象很多是不可避免，但是對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)合理的利用其中的規(guī)律，延長(zhǎng)產(chǎn)品的老化時(shí)間和使用使用，在工業(yè)生產(chǎn)中常用的人工加速老化測(cè)試設(shè)備有如下幾類：
一、光老化測(cè)試
光老化測(cè)試又可以分為：氙弧燈老化、紫外燈老化、碳弧燈老化。
主要參考標(biāo)準(zhǔn)有
氙弧燈老化
GB/T 16422.2、GB/T 8427、GB/T 1865、ASTM D4355、ASTM G155、JIS K5600等
紫外光老化
GB/T 16422.3、GB/T 18950、ASTM G 154、ASTM D-4674、ASTM_D4674、JIS K 7350 等
碳弧燈老化
GB/T 16422.3(等同與GB/T4892.3)、ASTM G153、JIS D 0205、JIS B 7753等
光老化是戶外使用材料受到的主要老化破壞，對(duì)于室內(nèi)使用材料，也會(huì)受到一定程度的光老化。模擬光老化主要的三種燈源各有優(yōu)異，碳弧燈是最早發(fā)明使用建立的 測(cè)量體系較早、很多日本標(biāo)準(zhǔn)和纖維材料方面的標(biāo)準(zhǔn)都使用碳弧燈，但由于碳弧燈價(jià)格較高、性能不夠穩(wěn)定（燈管使用90小時(shí)后需要更換），已經(jīng)逐漸被氙弧燈、 紫外燈代替。氙燈在模擬自然光方面有較大優(yōu)勢(shì)，價(jià)格也相對(duì)較低，適合多數(shù)產(chǎn)品的使用。紫外燈產(chǎn)生的是400nm以下的光，能較好地加速模擬自然光中紫外線 對(duì)材料的破壞作用，加速因子比氙燈要高，光源穩(wěn)定性也比氙燈要好，但容易產(chǎn)生非自然光產(chǎn)出的破壞（尤其是UVB燈）。
主要應(yīng)用范圍：戶外、室內(nèi)使用的橡塑、涂料、油墨產(chǎn)品，通訊、電器等設(shè)備外殼，汽車件、摩托車配件。
展開 2.2 基于輻照度強(qiáng)度指數(shù)加速因子計(jì)算
在老化過(guò)程中，不改變溫度、相對(duì)濕度的前提下，根據(jù)簡(jiǎn)化加速因子模型公式：AF=k2/k1=(I2/I1)m，可以分別計(jì)算不同輻照度下的加速因子，以0.9W/m2為基準(zhǔn)老化輻照度為例，可推算出聚碳酸酯純化單體以及添加不同耐候劑體系材料在其他老化輻照度下的老化加速因子，詳見表6所示。對(duì)于聚碳酸酯材料而言，在光老化過(guò)程中保持溫度、相對(duì)濕度不變，通過(guò)改變輻照強(qiáng)度可以提高老化速率，輻照度提升40%，可以實(shí)現(xiàn)1.38～1.54倍的加速，輻照度提升80%，可以實(shí)現(xiàn)1.76～2.13倍的加速。
表 6 PC 各配方樣品不同輻照度下的加速因子
3
結(jié)論
本文基于老化動(dòng)力學(xué)模型重點(diǎn)研究了光照過(guò)程中輻照強(qiáng)度對(duì)聚碳酸酯材料光老化進(jìn)程的影響，基于老化動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算獲得不同耐候體系聚碳酸酯材料的輻照度響應(yīng)指數(shù)區(qū)間為0.96～1.29?？寡鮿?、紫外吸收劑及光穩(wěn)定劑的添加會(huì)提升材料的輻照度響應(yīng)指數(shù)，但添加比例對(duì)輻照度響應(yīng)指數(shù)的影響較小。在光老化過(guò)程中，在保持溫度、相對(duì)濕度不變的前提下，通過(guò)提升輻照強(qiáng)度可以提高老化速率：輻照度提升40%，可以實(shí)現(xiàn)1.38～1.54倍的加速;輻照度提升80%，可以實(shí)現(xiàn)1.76～2.13倍的加速。
* 本文為國(guó)高材分析測(cè)試中心原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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設(shè)備、本構(gòu)方程、標(biāo)距對(duì)材料高應(yīng)變速率下響應(yīng)特性的影響研究
展開 國(guó)高材分析測(cè)試中心可靠性實(shí)驗(yàn)室
陽(yáng)光型碳弧燈
熒光紫外燈
超級(jí)氙燈
知識(shí)小介紹
熒光紫外：UV不試圖模擬全光譜太陽(yáng)光，但卻模擬太陽(yáng)光的破壞作用。通過(guò)把熒光燈管的主要輻射控制在太陽(yáng)光譜的紫外波段來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槎滩ㄗ贤饩€是造成戶外材料老化的最主要因素。
常用標(biāo)準(zhǔn)：ASTM G154（各種非金屬材料）、ISO 48923/ GB/T 16422.3（塑料件）、GB/T 14522（塑料件、涂料、橡膠件）、SAE J2020（汽車外飾）。
太陽(yáng)輻射（氙燈、碳弧燈、鹵素?zé)簦耗M地面上全球總輻照度，對(duì)產(chǎn)品的主要影響是由加熱效應(yīng)和光化學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生。
輻照強(qiáng)度：各國(guó)太陽(yáng)輻射試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定總輻射強(qiáng)度為(1120±10％)w/m2。它模擬太陽(yáng)在天頂時(shí)，對(duì)地球表面的總輻射。
常用標(biāo)準(zhǔn)：GJB 150.7A（設(shè)備）、GB/T 2423.24/ IEC 60068-25 （設(shè)備、元器件和材料）、 GB/T 16422.2（塑料件）和GB/T 1865（漆）。
下面提供一種簡(jiǎn)單的可行性的，有數(shù)據(jù)支撐的計(jì)算方式。
因?yàn)閼敉夤庹?，不僅跟季節(jié)和地域有關(guān)，還跟溫度有著密切的關(guān)系。不同的地方，海拔不一樣，不同的季節(jié)，光照也不一樣。所以我們只能大概的估算。
由于自然老化并不是簡(jiǎn)單的輻照強(qiáng)度的疊加，只有在確定陽(yáng)光是引起材料破環(huán)的主要因素且不能用其他方法確定試驗(yàn)時(shí)間時(shí)，才可以使用此計(jì)算方法模擬。
以廣東南部為例，取值為1500 KWh/m2. 年，再除以1年8760小時(shí)，得171 Wh/m2 （即年平均每小時(shí)太陽(yáng)輻射量）
各國(guó)太陽(yáng)輻射試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定總輻射強(qiáng)度為 (1120±10％)w/m2 。它模擬太陽(yáng)在天頂時(shí)，對(duì)地球表面的總輻射。
展開 不同缺口沖擊樣品制備和擺放方式對(duì)光氧老化測(cè)試結(jié)果的影響數(shù)據(jù)表
由以上數(shù)據(jù)表可以看出，注塑缺口沖擊樣品的耐候性能略好于手銑缺口沖擊 樣品；缺口沖擊樣品的擺放方式對(duì)光氧老化后 PP 樣品的沖擊性能影響不大，但 對(duì)于 PS 樣品，缺口對(duì)光放置的沖擊樣條耐候性略好于平鋪放置的樣品，這與我 們的預(yù)期有一定偏差，可能是因?yàn)槠戒仒悠返墓庹战佑|面積更大，雖然缺口沒有 對(duì)光，但樣品的總體老化程度更嚴(yán)重一些。
（3）拉伸樣品的氙燈老化測(cè)試
通常而言，我們進(jìn)行拉伸樣品的氙燈老化測(cè)試時(shí)，樣品的加持方式相對(duì)固定， 擺放方式差異不大。
圖 6. 樣品老化 408h 后的外觀形貌
表 2. 不同拉伸樣品的光氧老化測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)表
由上表可知，不同拉伸樣品進(jìn)行光氧老化測(cè)試時(shí)，差異更多體現(xiàn)在材料自身特 性。聚烯烴類材料在老化過(guò)程中，拉伸強(qiáng)度通常會(huì)發(fā)生驟降，這與熱氧老化規(guī)律 一致，但其斷裂伸長(zhǎng)率一般會(huì)有緩慢變化的過(guò)程，可以作為材料老化程度的信號(hào) 指示。
（4）老化樣品的微觀形貌
圖 7. PS 手銑缺口沖擊樣品老化前后微觀形貌（左圖為老化前）
通過(guò)對(duì)比 PS 缺口沖擊樣品的缺口位置老化前后的微觀形貌圖，除了老化后 的顏色發(fā)黃，并沒有觀察到預(yù)期的細(xì)微裂紋等老化現(xiàn)象。
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總結(jié)
（1）在轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化箱中，樣品架的輻照強(qiáng)度順序?yàn)橹袑?gt; 下層>上層。
（2）光氧老化測(cè)試中，注塑缺口沖擊樣品的耐候性能略好于手銑缺口沖擊樣品； 缺口對(duì)光和平鋪樣品的差異，與樣品自身的老化特性有關(guān)。
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展開 因此，GB/T8814-2004 《門、 窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U） 型材》 中， 既規(guī)定了光氧老化試驗(yàn)方法， 采用 GB/T 16422.2 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第二部分：氙弧燈》老化 4000h 或 6000h，模擬了室外紫外光及可見光、溫度、 濕度、降雨等因素，同時(shí)又規(guī)定了熱氧老化項(xiàng)目：加熱后狀態(tài)，150℃放置 30min，目測(cè)觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂 紋、麻點(diǎn)或分離現(xiàn)象，以考察型材的耐熱性能。又如我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上有競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)產(chǎn)品：外貿(mào)出口鞋。在 使用過(guò)程中，陽(yáng)光中的紫外線是引起鞋子變色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外燈箱對(duì)其進(jìn)行耐黃變測(cè) 試。常用的鞋類耐黃變?cè)囼?yàn)箱采用 30WUV 燈，樣品離光源 20cm，照射 3h 后觀察顏色變化。同時(shí)，在運(yùn)輸過(guò) 程中，集裝箱內(nèi)悶熱、潮濕的惡劣環(huán)境會(huì)引起鞋面、鞋底、膠水的變色、斑點(diǎn)，甚至是變質(zhì)。因此，在裝船運(yùn) 輸之前，有必要考慮進(jìn)行耐濕熱老化試驗(yàn)，模擬集裝箱內(nèi)高熱、高濕環(huán)境，在 70℃、95％相對(duì)濕度的條件下， 進(jìn)行 48h 試驗(yàn)后觀察外觀、顏色變化。
2 人工加速老化光源的選擇
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)試驗(yàn)箱中同時(shí)模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前 較為常用的一種人工加速老化試驗(yàn)方法，在這些模擬因素中，又以光源最為重要。經(jīng)驗(yàn)表明，陽(yáng)光中引起高分 子材料破環(huán)的波長(zhǎng)主要集中在紫外線及部分可見光。目前使用的人工光源都力圖使在此波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)的能譜分布 曲線與太陽(yáng)光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室光源 已有封閉式碳弧燈、陽(yáng)光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO） 中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會(huì)主要推薦使用陽(yáng)光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。
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[圖片]
摘要
眾所周知，因?yàn)楣鈱W(xué)配置的復(fù)雜性和多光源模型建模的視場(chǎng)（FOV）等，針對(duì)增強(qiáng)和混合現(xiàn)實(shí)（AR，MR）應(yīng)用的光波導(dǎo)組合器建模是具有挑戰(zhàn)性的。因此，詳細(xì)的分析，例如對(duì)視場(chǎng)角特性的光學(xué)性能的分析，可能是相當(dāng)耗時(shí)的，因?yàn)楸仨毧紤]許多光源模式和視場(chǎng)角。在這個(gè)用例中，我們使用一個(gè)具有101×101個(gè)采樣點(diǎn)（即角度）的棋盤格測(cè)試圖像來(lái)研究光波導(dǎo)的角度性能，從而得到10201個(gè)單獨(dú)的基本模擬結(jié)果。
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由上表可知，不同拉伸樣品進(jìn)行光氧老化測(cè)試時(shí)，差異更多體現(xiàn)在材料自身特 性。聚烯烴類材料在老化過(guò)程中，拉伸強(qiáng)度通常會(huì)發(fā)生驟降，這與熱氧老化規(guī)律 一致，但其斷裂伸長(zhǎng)率一般會(huì)有緩慢變化的過(guò)程，可以作為材料老化程度的信號(hào) 指示。
（4）老化樣品的微觀形貌
圖 7.
一、 案例背景：
拉伸性能是聚合物力學(xué)性能中最重要、最基本的性能之一。塑料在使用過(guò)程中會(huì)受到溫度、濕度等影響而逐漸老化，老化后拉伸強(qiáng)度是對(duì)塑料耐老化性能的評(píng)估的重要依據(jù)。塑料老化后通常會(huì)出現(xiàn)粉化、變形等變化，拉伸強(qiáng)度測(cè)試準(zhǔn)確性降低，因此提升老化后拉伸測(cè)試的準(zhǔn)確性很有必要。
二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1 、實(shí)驗(yàn)樣品
A（改性聚丙烯）和B（玻纖增強(qiáng)聚丙烯）
2.1樣品老化
將樣品放入到熱老化烘箱內(nèi)
光老化測(cè)試結(jié)束后，一般會(huì)對(duì)試樣進(jìn)行色差、灰卡評(píng)級(jí)、光澤度、力學(xué)性能等方面的檢測(cè)，驗(yàn)證 產(chǎn)品抗光老化能力的高低。
冰水沖擊測(cè)試模擬低溫冷水飛濺落在汽車的熱的系統(tǒng)或組件上這一過(guò)程，類似狀況常在冬季濕滑路面駕駛時(shí)發(fā)生。整個(gè)測(cè)試應(yīng)用于車上受水飛濺的區(qū)域。另外，為了模擬實(shí)際狀態(tài)下飛濺水 含沙塵，一些測(cè)試中還會(huì)在冰水中添加亞利桑那粉塵。
