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如何进行材料的加速老化测试

已被阅读3220次 2023-07-27

       您是否担心因光老化导致材料的降解或颜色变化?我们需要首先从了解材料的讲解开始

材料的降解:

       当我们寻找材料降解的定义时,百度百科提供了一个很好的定义:

       材料降解是聚合物分子链被分裂成较小部分的反应过程。根据聚合物降解时所受的作用及反应机理不同,通常分为热降解、氧化降解、机械降解、化学降解和生物降解等类型。

降解会导致材料发生开裂,变形,褪色,这些变化通常是不希望发生的。但例如生物降解,人为故意降低聚合物的分子量以便进行回收,反而是大家所希望发生的。以上材料降解的特性变化通常称之为“老化”。

 

常见的几种材料讲解现象

       光降解、热降解、溶剂分解、臭氧分解和氧化只是导致聚合物降解的一些因素。重要的一点是,所有这些不同的降解机制都会导致聚合物性能发生变化,材料进而导致强度、脆化、颜色或其他的性能的组合变化。

应该进行什么样的加速测试?

       这是耐候老化测试最关键的问题之一,目前没有任何一个测试方法可以通用的帮助企业解决所有问题,同时,测试结果的解释通常由客户决定。但是,我们可以根据收集的信息类型提供一些有关加速测试选择的指导。在这里,美国Q-Lab公司提供了一个不同的老化和腐蚀加速测试类型矩阵(见表1),可以帮助在耐候老化测试中指向正确的方向。

加速测试类型

结果

测试时间

结果比较

产品研发+认证

质量控制

通过/未通过

定义

短期

材料规范

认证和研究

认证/验证

通过/未通过

定义

中长期

参考材料或规范

认证和开发

相关性

排序数据

不确定

中期

自然曝晒

(基准环境)

开发

寿命预测

使用寿命

加速因子

可调整

长期

自然暴露

(实际使用环境)

开发和质保

表1:不同的老化和腐蚀加速测试类型矩阵

 

       上述矩阵说明了加速老化和腐蚀测试的四个不同“层级”,按复杂程度从上到下排列:

       • 质量控制

       • 认证/验证

       • 相关性

       • 寿命预测

       每个类型都以其所需要的信息类型、测试的典型时间、比较基础以及测试可能用于哪种研究和开发或认证计划来区分。所有级别的测试共同的一件事是它们都是定向的决策工具—帮助客户就采用的材料,如何降低与这些相关的风险以做出明智决策的选择。

       美国Q-Lab是一家材料耐久性测试产品的全球供应商,在Q-Lab,如果客户想要进行实际老化测试,我们经常建议客户需要进行相关户外曝晒测试,以便为客户在使用Q-SUN氙灯老化试验箱和QUV紫外老化试验箱进行加速老化测试时提供相关的基础数据,这是一个全面且合理的建议。但确定与户外性能的相关性对于实现客户的测试目标并不总是至关重要的。

 

佛罗里达户外曝晒和Q-SUN氙灯老化试验箱测试

       前两层的质量控制 (QC) 和认证/验证都是通过/未通过或“筛选”测试。通常这些测试可能是针对特定服务和环境制定的,但设计往往没有考虑到现实生活中会与室外实际寿命的相关性存在一些差异。

质量控制

       QC测试通常使用不切实际的条件,如进行紫外老化加速测试的时候紫外老化试验箱使用UVB灯管、三倍太阳光强的高辐照度,酸性盐雾这种更高强度的环境来测试样品。这些测试时间通常很短,有明确的时间范围,通常应用到以时间或剂量衡量的合格规范。 企业在这里做出的决定通常是检验生产材料是否合格,当然这些类型的测试也有助于研究,因为它们可以快速筛选出成功/失败的产品。有效QC测试的关键在于它具有高度的可重复性和再现性。QC测试可能会在公司或整个供应链中广泛使用,因此结果也比较可靠。

       在老化测试方面,Q-Lab公司生产的QUV紫外老化试验箱是所有技术中最可靠的,这也是为什么没有人质疑它是“世界上使用最广泛的老化测试仪”的原因之一。

 

QUV紫外老化试验箱

认证或验证

       认证或验证和质量控制测试是类似的,但它们通常持续时间更长,并且通常是来自买家的要求。这些测试可能包括材料规格中的通过/失败标准,以及包括与已知对照或参考材料的比较。因为这些测试是买家或整个行业接受符合的材料所必需的要求,所以它们可以在新材料的开发和验证过程中提供有价值的输入信息。

相关性

       相关性测试大大提高了测试的复杂性,必须将加速老化测试数据与户外暴露的结果进行比较。相关性测试不仅会得到通过/失败信息,还可以得到材料按等级排序的数据,这是非常强大的信息资源。这种类型的数据可以对不同材料的老化性能进行比较排序。

       在实验室采用如紫外老化试验箱或氙灯老化试验箱进行测试和在户外曝晒如佛罗里达或亚利桑那等户外环境中,测试收集的数据进行材料相关性信息的比较,对产品决策有至关重要的帮助,因为它为材料选择、实验室测试验证和保修风险评估等决策都提供了有效参考的依据。对材料进行相关性测试,可完成产品保修风险评估。为了与真实结果相比而牺牲一定程度的加速,以更真实的光、热、水和其他风化和腐蚀力对样品测试。企业通常不仅需要有足够的耐心来收集多年的户外数据来验证加速测试,而且还需要面对加速测试时间的增加和测试方向的开放。

寿命预测

       不仅可以在产品顺序方面进行关联,还可以提供定量加速因素。测试结果是高度针对材料的,同时需要多年的户外测试数据。出于这个原因,除了拥有多年产品数据和现场经验的企业之外,只进行实验室加速测试对产品服务环境中的寿命进行预测是不切实际的。例如很多人想知道“实验室中的设备测试多少小时等于户外五年”,但影响材料老化的加速因子分为材料本身特性和外在环境,除去环境因素,还有材料本身的化学结构、物理形态、分子量和分子分布、杂质都会影响材料的老化速率,通常这个结果无法通过特定的加速因素或“某个神奇的系数”得到一个统一的答案。

结论

       通过美国Q-Lab公司开发的汇总不同级别加速老化测试矩阵,包括用于质量控制和资格/验证的筛选通过/失败测试;产生可与室外结果进行比较的排序数据的相关测试;和材料特定的预测测试。这些方法都可以给企业对产品的决策提供有用的测试数据,在这个框架内,我们结合企业需求,可以对测试计划提供有用的指导。罗中科技是美国Q-Lab的资深授权代理商,在加速老化测试方面有着多年的行业经验,如您有任何问题,可随时联系我们以获得专业的技术支持和服务。

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