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塑料制品的耐候测试

来源: /  作者:   时间: 2018/4/12 16:19:42

在开发新材料或者增加材料的用途时,应该要考虑到材料的性能将会如何受到气候的影响。一个经过精心设计的耐候测试程序可以识别出这些可能产生的问题,可惜一些产品的生产商和他们的顾客并没有真正地理解这类测试。

塑料零件的耐候测试是防止材料产生一些可能性失效的关键一步。在生产商设计和选择材料时,耐候测试服务的义务也逐渐列入于产品的需求上。在这种压力下,生产商利用一些新材料和新的添加剂来作为解决的办法。如果不进行测试,改变树脂,添加剂或处理过程会对其耐候性能产生一些不利的影响。

塑料材料产生问题的原因

塑料材料的失败主要有三个原因:结构设计时未考虑到最终使用环境;使用产品时未考虑到其设计参数;对加工过程或原料有改动影响了产品性能。

这些问题包括产品的颜色和表面形貌的改变,例如发黄、褪色、变色或者失去了光泽。对于其他的一些产品,这些问题还指材料的完整性或一些物理性能的改变,例如尼龙在洗衣机里逐渐磨损而逐渐变脆,从而破裂。


产生问题的一些新因素

在某些应用领域,塑料产品需要先进行耐候测试才可以进入。比如交通控制产品的制造者会对产品样本进行户外测试,有时候他们会很惊奇一些产品对于当地的环境具有出乎意料的敏感性。

一些新的聚合物,例如茂金属类化合物以及一些共聚混合物和合金等新材料的耐用性仍然是个很大的问题,至今仍然没有足够的检测方法。同样,一些新的着色剂具有着未预料到的色牢度和耐光性问题。

在使用中,塑料家具某部分在经过从窗外射进的太阳光的短期照射后,表现出严重的褪色和变色。这种产品首先表现出整体的褪色,然后是色调转移成棕褐色,进而变绿,这正如有机着色剂在不同的比例下失去不同的饱和性一样。

室内的紫外光照射可能并不是唯一的关键褪色因素,通过聚丙烯荧光仪表灯的照射证明确实是这样,由于附近灯光的照射,材料表现出褪色,并逐渐变白而脆,而远离灯光的部位并未表现出这些明显的现象。

来源于不同工厂相同规格的树脂在性能上也可能有所不同,所有这些都会影响到产品的生产和性能上——包括它的耐候性能。这种情况尤其体现在一些半结晶的聚合物,例如聚丙烯。造粒过程中水源的不同也会影响原料的钙含量,导致耐候性能的不同。


稳定剂或非稳定剂

从某种意义上来说,所有聚合物的添加剂都可以被认为是污染物。尽管它们具有一些积极的因素,但它们也会造成一些不可预料的负面影响。例如,某些添加物质例如云母能够吸收HALS紫外光稳定剂,减少它们的效能。并且不同硅添加剂中的金属含量可能促进聚合物的降解。

碳黑是另一种常被用作预防紫外光的材料,但是碳黑具有不同的级别和形状。它们其中一些能吸收抗氧化剂,从而降低而不是提高材料的稳定性。

金属鳌合物例如钙和锌硬脂酸盐常被添加用作处理过程中的稳定剂。但是它们对一些其他的添加剂具有不良作用,例如受阻胺光稳定剂(HALS)。通过这种处理,耐候性将会有所减小。


循环使用所带来的问题

回收后重新切粒的产品会影响产品的持久性能,尤其对于它的物理性能。这些材料早期的热处理会损失一些保护抗氧化剂的添加剂。最终结果则是该材料具有高紫外光敏感性、低分子量并常发黄。机械性能也会受到一些影响。

政府对一些可再循环利用的材料进行了规定,欧洲一些国家提出对一些汽车材料的最终再循环利用标准立刻对美国的生产商有了较大的影响。当再循环利用材料增多时,材料具有持久的耐用性也将成为可能。


测试方法

有三种主要的耐候测试:自然气候、室外强化和实验室模拟:


● 自然的室外测试需要标本照射阳光,暴露在大气中,它们或是直接或是用玻璃挡板。两种基准气候常被用来在美国测试产品:湿热的亚热带佛罗里达气候和干热的亚利桑那州沙漠气候。其他地方的气候适合于其他市场,例如,Atlas在欧洲范围内有25种气候测试。室外测试常采用全年的照射、风化处理,这些处理随着时间有所不同。

● 当要更大程度地暴露于太阳辐射下,我们可以用太阳跟踪器或者集中处理系统如Atlas的Emmaqua直接暴露在真实的户外风化条件下,来获得更快的户外测试。这些测试方法能提供比原来真实时间风化情况下至少快八倍的有效结果。 

● 将实验室测试利用具有特殊环境的测试箱和人工的光源,这些能提供极好的重复性和再现性,类似于真实时间条件,但又快许多倍时所获得的结果。可用不同的环境控制和灯源(如荧光,碳氙弧,或金属卤化物)。每种都有独特的光谱特性,能和太阳光的几个关键的波长相匹配,来预测产品的性能。

暴露在氙弧灯箱环境下的快速测试类似于几年或更短时间的户外测试。


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