QUV紫外加速老化試驗(yàn)箱在橡膠行業(yè)的應(yīng)用

一、老化三要素：

老化損害主要由三個(gè)因素引起：光照，溫度和濕度。這三個(gè)因素中的任一個(gè)都會(huì)引起材料老化，它們的共同作用，大于其中任一因素造成的危害。

1.光照

高分子材料的化學(xué)鍵對(duì)太陽(yáng)光中不同波段的光線的敏感性不同，一般對(duì)應(yīng)一個(gè)閾值，太陽(yáng)光的短波段紫外線是引起大部分聚合物物理性能老化的主要原因。如C-N（碳-氮）鍵的作用閾值是393nm。然而，對(duì)于某些顏料和染料，長(zhǎng)波段紫外線甚至可見光也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生破壞，造成變色或褪色。

2.溫度

溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速度越快。老化反應(yīng)是一種光致化學(xué)反應(yīng)，溫度不影響光致化學(xué)反應(yīng)中的光致反應(yīng)速度，卻影響后繼的化學(xué)反應(yīng)速度。因此溫度對(duì)材料老化的影響往往是非線性的。

3.濕度

水會(huì)直接參與材料老化反應(yīng)。相對(duì)濕度、露水和雨水等是自然界中水的幾個(gè)主要表現(xiàn)形式。研究表明，戶外材料每天都將長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長(zhǎng)達(dá)8-12個(gè)小時(shí)）。而露水是戶外潮濕的主要原因。露水造成的危害比雨水更大，因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，形成更為嚴(yán)酷的潮濕侵蝕。

在傳統(tǒng)橡膠行業(yè)，日曬測(cè)試很普遍，而且在曝曬一定時(shí)間之后，一般只考慮產(chǎn)品的顏色變化。隨著橡膠行業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的產(chǎn)品，包括很多用于戶外的橡膠塑料產(chǎn)品。對(duì)于那些橡膠塑料產(chǎn)品，如帳篷、雨布、遮陽(yáng)傘等，不只光照會(huì)對(duì)它們發(fā)生作用，水、高溫等也會(huì)對(duì)它們發(fā)生作用。而且人們不僅僅關(guān)心產(chǎn)品的顏色變化，還關(guān)心產(chǎn)品的拉伸力、防水性等。

二、氙燈老化試驗(yàn)箱與紫外紫外老化試驗(yàn)箱的測(cè)試機(jī)理：

以上介紹的是引起材料發(fā)生老化的三要素，而實(shí)驗(yàn)室加速老化設(shè)備就是模擬這些老化因素的。實(shí)驗(yàn)室加速老化測(cè)試主要使用氙燈和紫外兩種測(cè)試設(shè)備，但它們的測(cè)試原理相差很大。分析氙燈老化試驗(yàn)箱和紫外老化設(shè)備的測(cè)試原理。

2.紫外老化試驗(yàn)箱的老化原理

QUV利用熒光紫外線燈來(lái)模擬太陽(yáng)光對(duì)耐久性材料造成的損害。紫外燈在電學(xué)原理上與普通照明用的燈管很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見光。

對(duì)于不同的應(yīng)用條件，需要不同類型的燈管產(chǎn)生不同的光譜。UVA-340燈管對(duì)太陽(yáng)光的紫外短波段光線模擬效果好。UVA-340的光譜能量分布(SPD)在太陽(yáng)光的截止點(diǎn)到大約360nm范圍內(nèi)與太陽(yáng)光譜能夠很好地吻合（如圖2所示）。

UVB-313燈管（如圖3所示）在QUV中也被廣泛應(yīng)用。它們對(duì)材料產(chǎn)生的老化影響比UVA-340燈管更快，但它比太陽(yáng)光截止點(diǎn)更短的波長(zhǎng)可能會(huì)對(duì)許多材料產(chǎn)生不切實(shí)際的結(jié)果。

圖2、圖3 UVA-340光譜與夏天正午太陽(yáng)光譜比較 UVB-313及FS-40光譜與太陽(yáng)光譜比較

UVA-340燈管對(duì)太陽(yáng)光紫外短波段的模擬效果。UVB-313燈管利用紫外線的短波段達(dá)到快加速老化的目的，對(duì)特別經(jīng)久耐用的材料的檢定或質(zhì)量控制非常有用。

QUV通過(guò)冷凝功能來(lái)模擬露水對(duì)材料的破壞作用。加熱QUV測(cè)試室底部的水盤來(lái)產(chǎn)生蒸汽。在較高的溫度下，熱蒸汽在測(cè)試室內(nèi)保持100％的相對(duì)濕度。QUV中，測(cè)試樣品實(shí)際上形成測(cè)試室的側(cè)壁。樣品的另一面暴露在室內(nèi)周圍的空氣中。室內(nèi)相對(duì)較冷的空氣就使得測(cè)試樣品的表面比測(cè)試室內(nèi)的熱蒸汽的溫度低好幾度。這一溫度差產(chǎn)生冷凝，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結(jié)。除了標(biāo)準(zhǔn)的冷凝功能，QUV還可用水噴淋來(lái)模擬雨水影響，產(chǎn)生熱沖擊或機(jī)械侵蝕。

需要特別指出的是，只有QUV紫外試驗(yàn)機(jī)具有冷凝功能，而包括Q-Sun在內(nèi)的氙燈試驗(yàn)箱不能實(shí)現(xiàn)該功能。前面已指出，戶外材料每天都將長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕狀態(tài)（平均每天長(zhǎng)達(dá)8-12個(gè)小時(shí)）。而露水是戶外潮濕的主要原因。戶外產(chǎn)品必須能抵抗潮濕的影響。因?yàn)殡療粼囼?yàn)箱沒有冷凝功能，所以在模擬露水對(duì)戶外產(chǎn)品的影響時(shí)，QUV是不可替代的。

目前人們比較熟悉的紡織品日曬色牢度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有：ISO 105 B02，AATCC TM16，GB/T 8427等。這些標(biāo)準(zhǔn)都是使用氙燈試驗(yàn)箱（氙燈日曬色牢度儀）對(duì)紡織品進(jìn)行日曬測(cè)試。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，不但規(guī)定使用氙燈試驗(yàn)箱（氙燈日曬色牢度儀），而且還規(guī)定了光譜過(guò)濾器的種類，除此之外，輻照度、黑板/黑標(biāo)溫度、箱體空氣溫度、相對(duì)濕度等也有所有要求

1.氙燈老化試驗(yàn)箱的老化原理

氙燈試驗(yàn)箱（日曬色牢度儀）可以模擬全光譜太陽(yáng)光，包括紫外線，可見光和紅外線。氙燈光譜有兩個(gè)影響因素：濾光系統(tǒng)和光源穩(wěn)定性。

氙燈產(chǎn)生的光譜必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾來(lái)減少不需要的光譜成分。使用不同類型的玻璃過(guò)濾器可得到不同的光譜。過(guò)濾器的使用取決于被測(cè)材料和材料的終使用條件。經(jīng)不同過(guò)濾器過(guò)濾后得到的光譜中紫外線的短波段的量不同，這將在很大程度上影響老化的速度和類型。有三種類型的經(jīng)常使用的過(guò)濾器：日光、窗玻璃和紫外延伸過(guò)濾器。圖1顯示了日光過(guò)濾器產(chǎn)生的光譜，同時(shí)也顯示了從295~400nm之間的紫外線短波段的光譜圖。

圖1 配備有日光過(guò)濾器的Q-Sun光譜和太陽(yáng)光譜之間的比較

大多數(shù)氙燈檢測(cè)設(shè)備通過(guò)水噴淋或濕度控制系統(tǒng)來(lái)模擬潮濕的影響。水噴淋可很好地模擬熱沖擊和機(jī)械侵蝕。在測(cè)試系統(tǒng)中，為了防止水對(duì)樣品的污染使用高純度的去離子水是非常必要的。