分析引起材料老化損害的3要素
引起材料老化損害的3要素
光照、高溫和潮濕，這3個因素中的任何一個都會引起材料的老化損害，但它們往往同時發(fā)生作用，所造成的危害將大于其中任一因素的單獨作用。
1.1光照
不同材料對光的敏感性不同。對于經(jīng)久耐用的材料，如大多數(shù)涂料、塑料，紫外線的短波段是引起大部分聚合物老化的原因。然而，對于不是那么經(jīng)久耐用的材料，比如一些顏料和染料，紫外線的長波段甚至可見光也會使其產(chǎn)生嚴重的老化。
1.2高溫
當溫度升高時，光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應，但卻影響次要的化學反應。實驗室老化測試必須提供的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化過程。
1.3潮濕
露水、雨水及高濕度是引起潮濕危害的主要原因。研究表明，放在室外的物品每天都將長時間（平均每天8-12 h處于潮濕狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，由潮氣形成的露水是室外潮濕的主要因素，露水造成的危害比雨水更大，因為它附著在材料上的時間更長，引起更為嚴重的潮濕吸收。當然，雨水對材料的危害也很大，雨水將引起熱沖擊。比如一輛在炎熱夏日里溫度升高的汽車突然因陣雨而急劇降溫，就會產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。雨水沖刷引起的機械侵蝕也會加速材料發(fā)生老化，如木材涂層因雨水沖洗去除了表面老化層，將未老化的里層暴露于太陽光下，從而產(chǎn)生進一步老化。
對于室內材料，濕氣的主要作用往往是機械應力，它因材料試圖與周圍保持潮濕平衡而引起，材料所經(jīng)受的濕氣越大，需要克服的應力也越大。濕氣環(huán)境還是室外材料發(fā)生老化的一個重要因素，在室外，周圍相對濕度（RH）將影響一種潮濕材料的干燥速度。
QUV和Q-Sun以各自不同的方式來模擬光照、高溫和潮濕。
2 QUV老化試驗設備
2.1陽光模擬
QUV利用熒光紫外線燈模擬太陽光來對一耐久性材料造成損害。紫外燈在電學原理上與普通照明用的燈很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見光或紅外線。
不同的應用條件需要的不同光譜，進而需要一不同類型的燈管。UVA-340燈管對太陽光的紫外短波段模擬效果好，其光譜能量分布（SPD）在太陽光的截止點到大約360 nm范圍內與太陽光譜吻合得非常好（如圖2所示）。
UV-B型燈管（如圖3所示）在QUV中也被廣泛應用。它們比UV-A型燈管引起更快的材料老化，但它比太陽光截止點更短的波長量可能會對許多材料產(chǎn)生不切實際的結果。
圖2所示的UVA-340燈管在已有燈管中對太陽光紫外短波段的模擬效果是Z佳的。圖3 UV-B類型的燈管利用紫外線的短波段達到Z快速老化的目的，對特別經(jīng)久耐用材料的檢定或質量控制非常有用。
2.2輻照度控制
為了獲得且可重復的測試結果，控制輻照度（光強）很有必要。大多數(shù)型號的QUV都裝備有日光眼光強控制器，這種的光控系統(tǒng)為使用者選擇輻照度提供了方便。利用日光眼的反饋循環(huán)系統(tǒng)，可以連續(xù)、自動地控制且地保持輻照度，日光眼靠調整燈的功率來自動補償因燈管老化和其他因素造成的光強變化。在僅僅幾天或幾周內QUV能模擬在室外幾個月甚至幾年所造成的損害。
在QUV內部，因熒光紫外線燈固有的光譜穩(wěn)定性，發(fā)光控制系統(tǒng)相對簡單。隨著燈管的老化，所有光源的輸出都會發(fā)生衰減，然而，不像大多數(shù)其它類型的燈管，紫外燈的光譜不會隨時間變化，這也提高了測試結果的重復性，也是使用QUV進行測試的一個主要的優(yōu)點。
圖4所示為在QUV中使用過2h的燈管和使用過5 600 h的燈管輻照度控制之間的比較，可以看出，新燈管和長時間使用過的燈管光譜之間的差別幾乎難以辨別。這是因為，一方面日光眼照度控制器用來維持光強，另外，因為紫外燈固有的光譜穩(wěn)定性，光譜能量分布幾乎保持不變。已取得的太陽眼控制系統(tǒng)易于校準，符合ISO標準可追溯的要求。
2.3潮濕模擬
測試室底部的水槽被用來加熱產(chǎn)生蒸汽，在較高的溫度下，熱蒸汽使測試室內保持的相對濕度。在QUV中，測試樣品實際上形成測試室的側壁，樣品的另一面暴露在室內周圍的空氣中。室內相對較冷的空氣使得測試樣品的表面比測試室內熱蒸汽的溫度低好幾度，這一溫度差產(chǎn)生冷凝循環(huán)現(xiàn)象，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結（如圖5所示）。所形成的冷凝物是非常穩(wěn)定、純度很高的蒸餾水，這種高純的蒸餾水增加了測試結果的可重復性，也簡化了QUV的安裝和操作。
因為材料在室外經(jīng)受潮濕侵蝕的時間很長，所以QUV要達到相同的效果，它的冷凝循環(huán)過程至少需要4h。另外，冷凝過程是在一較高溫度（一般為50℃）下進行的，這大大加速了潮濕侵蝕。用QUV的長時間的熱凝結循環(huán)過程來模擬戶外的潮濕侵蝕比其他一些方法，如濺水、浸水或高濕度都更有效。除了標準的冷凝功能QUV還可用水噴淋來模擬雨水影響，比如熱沖擊或機械侵蝕。使用者可操作QUV來產(chǎn)生潮濕循環(huán)并伴隨紫外線，這一模擬與自然老化非常相似。
