1. Dobór warunków badania sztucznego przyspieszonego starzenia
Pytanie to można właściwie rozumieć jako pytanie, jakie czynniki starzenia należy symulować. Podczas stosowania materiałów polimerowych wiele czynników środowiska klimatycznego może mieć wpływ na starzenie się materiałów polimerowych. Jeśli znane są z góry główne czynniki powodujące starzenie się, metodę badania można wybrać w sposób ukierunkowany.
Metodę badania możemy określić, biorąc pod uwagę transport, przechowywanie, środowisko użytkowania i mechanizm starzenia się materiału. Na przykład sztywne profile z polichlorku winylu są wykonane z polichlorku winylu jako surowca i dodawane są dodatki, takie jak stabilizatory i pigmenty. Stosowane są głównie na zewnątrz. Biorąc pod uwagę mechanizm starzenia się PCV, PCV łatwo ulega rozkładowi po podgrzaniu; biorąc pod uwagę środowisko użytkowania, tlen, światło ultrafioletowe, ciepło i wilgoć w powietrzu są przyczynami starzenia się profili.
Dlatego też norma krajowa GB/T8814-2004 „Profile z nieplastyfikowanego polichlorku winylu (PVC-U) do drzwi i okien” nie tylko określa metodę badania starzenia fototlenowego, ale także przyjmuje GB/T16422.2 „Plastikowe laboratoryjne źródło światła Test ekspozycji” Część 2 metody: Starzenie się lampy ksenonowej łukiem przez 4000 lub 6000 godzin, symulowanie czynników, takich jak zewnętrzne światło ultrafioletowe i światło widzialne, temperatura, wilgotność, opady deszczu itp., a także określa elementy termicznego starzenia tlenowego: stan po podgrzaniu , umieszczony w temperaturze 150 stopni na 30 minut, obserwacja wzrokowa. Sprawdź, czy nie występują pęcherzyki, pęknięcia, wżery lub oddzielenia, aby sprawdzić odporność cieplną profilu. Innym przykładem jest produkt, który mój kraj ma konkurencyjność na rynku międzynarodowym: obuwie eksportowe w handlu zagranicznym. Podczas użytkowania, główną przyczyną odbarwień i blaknięcia obuwia są promienie ultrafioletowe zawarte w świetle słonecznym. Dlatego konieczne jest użycie lampy UV, aby sprawdzić ich odporność na żółknięcie.
W powszechnie stosowanej komorze do badania odporności obuwia na żółknięcie wykorzystuje się lampę UV o mocy 30W. Próbka znajduje się w odległości 20 cm od źródła światła. Zmianę koloru obserwuje się po 3 godzinach ekspozycji. Jednocześnie podczas transportu gorące, wilgotne i trudne środowisko panujące w pojemniku spowoduje odbarwienia, plamy, a nawet zniszczenie cholewek, podeszew i kleju. Dlatego przed wysyłką należy rozważyć przeprowadzenie testu starzenia w zakresie odporności na ciepło i wilgoć, aby symulować środowisko panujące w pojemniku w wysokiej temperaturze i wysokiej wilgotności. W temperaturze 70 stopni i wilgotności względnej 95% należy obserwować zmiany wyglądu i koloru po 48 godzinach badania.
2. Dobór źródła światła do badania sztucznego przyspieszonego starzenia
Laboratoryjny test ekspozycji na źródło światła: może jednocześnie symulować światło, tlen, ciepło, opady deszczu i inne czynniki w widocznym środowisku atmosferycznym w komorze testowej. Jest to powszechnie stosowana metoda badania sztucznego przyspieszonego starzenia. Wśród tych czynników symulacyjnych stosunkowo ważne jest źródło światła. Doświadczenie pokazuje, że długości fal światła słonecznego, które powodują uszkodzenia materiałów polimerowych, skupiają się głównie w świetle ultrafioletowym i częściowo w świetle widzialnym.
Obecnie stosowane źródła sztucznego światła dążą do tego, aby krzywa rozkładu widma energii w tym zakresie długości fal była zbliżona do widma słonecznego. Symulacja i tempo przyspieszania są główną podstawą doboru sztucznych źródeł światła. Po około stu latach rozwoju laboratoryjne źródła światła obejmują zamknięte węglowe lampy łukowe, węglowe lampy łukowe typu słonecznego, fluorescencyjne lampy ultrafioletowe, ksenonowe lampy łukowe, wysokoprężne lampy rtęciowe i inne źródła światła do wyboru. Komitety techniczne zajmujące się materiałami polimerowymi w Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) zalecają głównie stosowanie trzech źródeł światła: słonecznych lamp łukowych z węglem słonecznym, fluorescencyjnych lamp ultrafioletowych i ksenonowych lamp łukowych.
01. Ksenonowa lampa łukowa
Obecnie uważa się, że rozkład widmowy energii ksenonowych lamp łukowych wśród znanych sztucznych źródeł światła jest najbardziej podobny do ultrafioletowego i widzialnego światła słonecznego. Wybierając odpowiedni filtr, można odfiltrować większość promieniowania krótkofalowego występującego w świetle słonecznym docierającego do ziemi. Lampy ksenonowe emitują silne promieniowanie w zakresie podczerwieni od 1000 nm do 1200 nm i wytwarzają dużą ilość ciepła.
Dlatego należy wybrać odpowiednie urządzenie chłodzące, które odbierze tę energię. Obecnie na rynku dostępne są dwie metody chłodzenia urządzeń do badania starzenia lamp ksenonowych: chłodzone wodą i chłodzone powietrzem. Ogólnie rzecz biorąc, efekt chłodzenia urządzeń z lampami ksenonowymi chłodzonymi wodą jest lepszy niż urządzeń chłodzonych powietrzem. Jednocześnie konstrukcja jest bardziej złożona, a cena jest droższa. Ponieważ energia ultrafioletowej części lampy ksenonowej wzrasta mniej niż pozostałych dwóch źródeł światła, jest ona najniższa pod względem szybkości przyspieszenia.
02. Fluorescencyjna lampa UV
Teoretycznie głównym czynnikiem powodującym starzenie się jest energia krótkofalowa o długości 300 nm–400 nm. Jeśli energia ta zostanie zwiększona, można osiągnąć szybkie testowanie. Rozkład widmowy świetlówek UV koncentruje się głównie w części ultrafioletowej, dzięki czemu może osiągać wyższe prędkości przyspieszenia.
Jednakże fluorescencyjne lampy UV nie tylko zwiększają energię ultrafioletową w naturalnym świetle słonecznym, ale także emitują energię, której nie ma w naturalnym świetle słonecznym mierzonym na powierzchni ziemi, a energia ta może powodować nienaturalne szkody. Dodatkowo, z wyjątkiem bardzo wąskiej linii widmowej rtęci, źródło światła fluorescencyjnego nie ma energii wyższej niż 375 nm, dlatego materiały wrażliwe na energię UV o większej długości fali mogą nie zmieniać się tak, jak pod wpływem naturalnego światła słonecznego. Te nieodłączne wady mogą prowadzić do niewiarygodnych wyników.
Dlatego świetlówki UV są słabo symulowane. Jednakże, ze względu na duże przyspieszenie, szybkie przesiewanie określonych materiałów można osiągnąć poprzez dobór odpowiedniego typu lampy.
03. Lampa łukowa z węglem słonecznym
Węglowe lampy łukowe typu słonecznego są obecnie rzadko używane w naszym kraju, ale są szeroko stosowanymi źródłami światła w Japonii. Większość norm JIS wykorzystuje węglowe lampy łukowe typu słonecznego. Wiele firm motoryzacyjnych w moim kraju, które są spółkami joint venture z Japonią, nadal zaleca korzystanie z tego źródła światła. Rozkład energii widmowej słonecznej lampy łukowej jest również bliższy rozkładowi światła słonecznego, ale promienie ultrafioletowe od 370 nm do 390 nm są skoncentrowane i wzmocnione. Symulacja nie jest tak dobra jak w przypadku lampy ksenonowej, a współczynnik przyspieszenia mieści się pomiędzy lampą ksenonową a lampą ultrafioletową.
3. Wyznaczanie czasu badania sztucznego przyspieszonego starzenia
1. Zapoznaj się z odpowiednimi normami i przepisami dotyczącymi produktów
Odpowiednie normy produktowe określiły już czas trwania testu starzenia. Pozostaje nam jedynie znaleźć odpowiednie standardy i wykonać je zgodnie z określonym w nich terminem. Określa to wiele norm krajowych i branżowych.
2. Obliczenia na podstawie znanych korelacji
Badania pokazują, że stabilność koloru ABS ocenia się na podstawie zmian koloru i wskaźnika żółknięcia. Sztuczne przyspieszone starzenie ma dobrą korelację z naturalną ekspozycją na warunki atmosferyczne, a współczynnik przyspieszenia wynosi około 7. Jeśli chcesz poznać zmianę koloru określonego materiału ABS po roku użytkowania na zewnątrz i przy zastosowaniu tych samych warunków testowych, możesz zapoznać się z współczynnik przyspieszania w celu określenia czasu przyspieszonego starzenia 365x24/7=1251h.
Od dawna prowadzono wiele badań nad zagadnieniami korelacji w kraju i za granicą, wyprowadzono wiele relacji przeliczeniowych. Jednakże ze względu na różnorodność materiałów polimerowych, różnice w sprzęcie i metodach testowania przyspieszonego starzenia oraz różnice klimatyczne w różnych okresach i regionach, zależność konwersji jest skomplikowana. Dlatego przy wyborze stosunku konwersji musimy zwrócić uwagę na konkretne materiały, starzejący się sprzęt, warunki testowe, wskaźniki oceny wydajności i inne czynniki, które wyprowadzają korelację.
3. Kontrolować całkowitą ilość sztucznie przyspieszanego starzenia, aby była równa całkowitej ilości naturalnego promieniowania
W przypadku niektórych produktów, które nie mają odpowiednich norm i nie mają odniesienia do korelacji, można wziąć pod uwagę intensywność promieniowania w rzeczywistym środowisku użytkowania, a całkowita ilość sztucznie przyspieszanego starzenia powinna być kontrolowana tak, aby była równoważna całkowitej ilości naturalnego promieniowania .
Przykład: Jak kontrolować całkowitą ilość promieniowania sztucznego przyspieszonego starzenia
Na obszarze Pekinu używany jest pewien produkt z tworzywa sztucznego, który ma kontrolować całkowitą ilość promieniowania powstającego w wyniku sztucznie przyspieszonego starzenia, tak aby odpowiadała rocznej ekspozycji na zewnątrz.
Krok 1: Ponieważ ten produkt jest produktem plastikowym i jest używany na zewnątrz, wybierz Metodę A w GB/T16422.2-1996 „Metody laboratoryjnego badania ekspozycji na źródła światła z tworzyw sztucznych, część 2: Lampa łukowa ksenonowa”.
Warunki testowe to: intensywność naświetlania 0.50W/m2 (340nm), temperatura tablicy 65 stopni, temperatura pudełka 40 stopni, wilgotność względna 50%, czas natryskiwania wody/czas braku natryskiwania wody 18min/102min, światło ciągłe;
Krok 2: Całkowite roczne promieniowanie w Pekinie wynosi około 5609MJ/m2. Zgodnie z międzynarodową normą CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 „Plastic Laboratory Light Source Exposure Test Methods” do porównywania rozkładu widmowego sztucznych źródeł światła i naturalnego światła słonecznego) Część: cytowana w „Xenon Arc” Lampa"); z czego obszary ultrafioletowe i widzialne (300 nm ~ 800 nm) stanowią 62,2%, czyli 3489 MJ/m2.
Krok 3: Zgodnie z GB/T16422.2-1996
Gdy intensywność napromieniowania 340nm wynosi 0,50 W/m2, intensywność napromieniowania w obszarze podczerwonym i widzialnym (300 nm ~ 800 nm) wynosi 550 W/m2; czas naświetlania można obliczyć jako 3489X106/550=6.344X106s, czyli 1762h. Zgodnie z tą metodą obliczeniową współczynnik przyspieszenia wynosi około 5. Ponieważ naturalne starzenie nie jest prostą superpozycją intensywności napromieniowania, ustala się jedynie, że przyczyną powstania materiału jest światło słoneczne.
4. Dobór wskaźników oceny właściwości użytkowych do badania sztucznego przyspieszonego starzenia
Wybór wskaźników oceny wydajności rozważa się głównie z dwóch aspektów: wykorzystania materiału i właściwości samego materiału.
1. Określ wskaźnik oceny w zależności od zastosowania materiału. Dla tego samego materiału, ze względu na jego różne zastosowania, można wybrać różne wskaźniki oceny. Na przykład, jeśli do dekoracji użyto tej samej farby, należy wziąć pod uwagę zmianę jej wyglądu. W dokumencie GB/T1766-1995 „Ocena starzenia powłok malarskich i lakierniczych” szczegółowo określono metody oceny różnych zmian wyglądu, takich jak połysk, zmiana koloru, kredowanie i złocenie.
W przypadku niektórych powłok funkcjonalnych, takich jak powłoki antykorozyjne, dopuszczalny jest pewien stopień zmian koloru i wyglądu. W tej chwili przy wyborze wskaźników oceny głównymi czynnikami branymi pod uwagę są jego odporność na pękanie, stopień sproszkowania itp. Jest to również polichlorek winylu (PVC). Jeżeli wykorzystuje się go do produkcji cholewek obuwia, należy wziąć pod uwagę jego odporność na żółknięcie. Jeśli jest stosowany w rurach spustowych, wymagania dotyczące zmian wyglądu nie są wysokie, a zmieniają się właściwości fizyczne i mechaniczne materiału, takie jak ciągnięcie. Głównym wskaźnikiem oceny jest zmiana wytrzymałości na rozciąganie.
2. Określ wskaźnik oceny na podstawie właściwości samego materiału. W przypadku tego samego materiału różne właściwości zmniejszają się w nierównym tempie podczas procesu starzenia. Innymi słowy, niektóre właściwości są wrażliwe na środowisko i szybko zanikają, co jest głównym czynnikiem powodującym szkody materialne. Wybierając wskaźniki ewaluacyjne, należy wybrać te wrażliwe właściwości. Badania pokazują, że w przypadku większości tworzyw konstrukcyjnych udarność znacznie się zmienia i znacznie spada podczas testów naturalnego starzenia.
Dlatego też przy przeprowadzaniu badań starzeniowych tworzyw konstrukcyjnych należy priorytetowo przyjąć jako wskaźnik oceny spadek udarności. Udarność jest również bardzo wrażliwa na starzenie się polipropylenu i jest głównym wskaźnikiem oceny odporności na starzenie. W przypadku materiałów polietylenowych spadek wydłużenia przy zerwaniu jest bardziej oczywisty i stanowi priorytetowy wskaźnik oceny. W przypadku polichlorku winylu zarówno wytrzymałość na rozciąganie, jak i udarność zmniejszają się stosunkowo szybko i do oceny należy wybrać jedną z nich na podstawie rzeczywistej sytuacji.
W krajowej normie GB/T8814-2004 „Profile z nieplastyfikowanego polichlorku winylu (PVC-U) do drzwi i okien” jako wskaźnik kwalifikacji wybrano współczynnik utrzymania udarności po starzeniu Większy lub równy 60%; w normie przemysłu lekkiego QB/T2480 -2000 Rury i kształtki do wody deszczowej ze sztywnego polichlorku winylu (PVC-U) do zastosowań budowlanych, jako kryterium kwalifikacji współczynnik zachowania wytrzymałości na rozciąganie po starzeniu jest większy lub równy 80%.