紫外老化試驗箱塑膠老化測試詳解

，這是一個關于紫外老化試驗箱對塑膠類產品進行老化測試的詳細說明。這對于評估塑膠產品的耐用性和壽命至關重要。

一、 測試目的與原理

核心目的： 在實驗室中模擬并加速戶外陽光中的紫外光、雨水、露水等對塑膠材料的破壞作用，通過在短時間內暴露，來預測塑膠產品在長期真實戶外環境下的耐候性（壽命和性能變化）。

基本原理：
塑膠的老化主要來自三個因素：光、熱和水分。

• 光（紫外輻射）： 太陽光中的紫外波段（UV）能量最高，能打斷塑膠聚合物的化學鍵，導致分子鏈斷裂或交聯，這是材料性能下降的主因。

• 熱（溫度）： 高溫會加速光致降解的化學反應速度。溫度每升高10℃，化學反應速率大約提高一倍。

• 水分（潮濕/冷凝）： 雨水、露水會造成塑膠的濕氣吸收、凍融循環，并加劇光氧老化過程，導致涂層起泡、開裂、水解等。

紫外老化試驗箱通過熒光紫外燈管 模擬太陽紫外光，通過加熱系統 控制溫度，通過冷凝或噴淋系統 模擬水分侵蝕，將這三個因素循環作用于樣品，從而實現快速、可重復的老化測試。

二、 紫外老化試驗箱的主要構成

1. 光源系統： 核心是紫外熒光燈管。常用的有UVA-340 和UVB-313 兩種。

• UVA-340： 能最佳地模擬太陽光從365nm到295nm截止點的紫外光譜。主要用于模擬戶外直射陽光，測試結果與實際戶外暴曬相關性較好。

• UVB-313： 發出低于太陽光截止點的短波紫外光，強度更高，破壞性更強。能大程度地加速試驗，但可能導致與實際老化不符的失效模式。多用于質量控制和研究開發。

2. 溫度控制系統：

• 黑板/黑標溫度計： 用于監控并控制測試樣品表面的溫度。

• 箱內空氣溫度傳感器： 控制箱內環境溫度。

3. 潮濕/冷凝系統：

• 冷凝功能： 在燈管關閉時，通過加熱箱底部的水盤產生水蒸氣，在溫度較低的樣品表面形成冷凝露水。這主要模擬了戶外夜間和清晨的結露現象。

• 噴淋功能： 通過噴嘴向樣品表面噴灑去離子水，模擬雨水的冷卻和侵蝕效應。

4. 測試箱體： 由耐腐蝕材料制成，內部有樣品架，用于固定測試樣品。

三、 測試流程與常用標準

一個典型的測試流程包括以下幾個步驟：

1. 樣品制備： 準備待測的塑膠樣品，并確保其清潔、無劃痕。

2. 選擇測試條件：

• 光照階段： 在UVA-340燈管下，設定60°C的黑板溫度，照射8小時。

• 冷凝階段： 關閉燈管，設定50°C的溫度，形成100%冷凝，持續4小時。

• 重復循環： 不斷重復上述光照和冷凝循環。

• 注：可根據需要加入噴淋循環。

• 選擇燈管類型（UVA-340或UVB-313）。

• 設定測試循環： 這是測試的核心，決定了模擬環境的嚴酷程度。一個常見的循環示例如下：

3. 放置樣品： 將樣品固定在樣品架上。

4. 開始測試： 設置總測試時間（通常以小時計，如幾百到幾千小時）。

5. 性能評估： 在測試的不同時間間隔取出樣品，進行評估。評估方法包括：

• 外觀變化： 顏色變化（色差ΔE）、光澤度下降、表面粉化、開裂、起泡、斑點等。

• 力學性能變化： 拉伸強度、沖擊強度、斷裂伸長率的保留率。

• 分子結構變化： 使用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析羰基等官能團的生成。

常用國際標準：

• ISO 4892-3: 《塑料 實驗室光源暴露方法 第3部分：熒光紫外燈》

• ASTM G154: 《非金屬材料熒光紫外燈暴露操作標準》

• ASTM D4329: 《塑料熒光紫外燈暴露標準》

• SAE J2020: 《汽車外飾件熒光紫外/冷凝加速暴露測試》

四、 塑膠材料常見的老化現象

• 變色/褪色： 顏料或聚合物本身因紫外光而降解。

• 光澤度下降： 表面因降解而變得粗糙。

• 粉化： 表面聚合物嚴重降解，形成粉末狀物質。

• 開裂/龜裂： 表面因分子鏈斷裂和內應力而出現裂紋。

• 脆化： 斷裂伸長率大幅下降，材料變脆，易折斷。

• 強度下降： 拉伸強度、沖擊強度等力學性能顯著降低。

• 起泡： 多見于涂層或含有揮發性物質的材料，因熱和水分共同作用導致。

五、 重要注意事項

1. 相關性而非等同： 紫外老化測試是加速和模擬測試，其結果與戶外實際暴曬有很好的相關性，但測試1小時并不等于戶外暴曬多少小時。它主要用于對比不同材料或配方的耐候性優劣。

2. 燈管選擇至關重要： UVA-340更貼近真實環境，UVB-313加速更快但可能過于嚴苛。選擇錯誤可能導致測試結果沒有參考價值。

3. 樣品制備一致性： 樣品的厚度、顏色、來源等必須一致，否則無法進行公平比較。

4. 定期維護： 燈管有使用壽命（通常幾百到一千小時），需定期更換以確保光譜穩定。噴淋系統和加濕系統也需要定期清潔，防止水垢堵塞。