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　　高分子材料在实际使用过程中，处于风吹日晒雨淋等各种环境中，会发生诸如褪色、发黄、粉化、开裂等各种不良变化，常见为材料光老化。每年消费中都需要消费数以亿计的资金来更换维护降解失效的产品，没有及时更换的材料发生失效还有可能导致各种意外的发生。本篇为大家介绍什么叫材料光老化，材料光老化因素，材料光老化评价方法。

　　什么叫材料光老化

　　高分子材料的光老化指的是由于暴露于阳光中受到紫外辐射，以及热（包括温度循环）和水（主要是湿度、露水和雨水）及其他因素而导致的材料性能的变化。 ag真人平台官方需要通过研究、试验来评估材料的耐久性，预防产品的老化和失效。这时就要了解导致老化失效的主要因素，这其中最重要的三个因素就是光、热、水。

　　基于能量与波长的关系，波长越短，所含能量就越高，越有可能破坏分子的化学键;虽然紫外线仅占太阳总辐射的7%，但太阳光谱中导致材料光老化的最主要的部分。

　　实验室模拟户外光照使用的光源主要有：

　　01 碳弧灯
　　碳弧灯光谱和太阳光谱的差异最大，所以现在基本很少用。

　　02 金属卤素灯
　　金属卤素灯的差异相对小一点，多用于汽车的整车光照等场景。

　　03 荧光紫外灯
　　市面上最常见的是模拟光源之一，荧光紫外灯的短波紫外部分模拟的特别好，但是长波紫外就开始衰减，没有可见光和红外部分，模拟时也有一定的缺陷。

　　04 氙弧灯
　　由于成本较低，一般企业配置的较多氙弧灯各个波段都能很好的模拟太阳光谱，已经成为现在最可靠最主流的光老化模拟光源。
　　实际使用过程中，材料受到的光照按场景分为室内和室外2种，荧光紫外灯和氙弧灯使用了不同的方式来模拟不同的场景，荧光紫外灯通过使用不同的灯管来实现，氙弧灯则通过使用不同的滤镜。

　　日光曝晒下，材料的温度会影响辐射的作用，通常温度升高时光化反应就会加速。此外温度还决定二次反应的速度。同样地，在高温可以发生的热化学反应在低温时可能不会发生,或只在非常缓慢的反应速率下进行。

　　材料温度的影响因素

　　日光曝晒下材料的温度由多种因素决定，如环境温度、样品的太阳光吸收率、太阳光辐照度及试样表面导热性，因此日光照射下物体的表面温度通常高于环境温度。

　　颜色：不同颜色的样品会有不同的太阳光吸收率，白色材料反射的太阳光较多，太阳光吸收率低，黑色材料反射的太阳光较少，太阳光吸收率高，所以同样的光照条件下黑色样品会比白色样品有更高的样品温度。

　　材质：由于金属材料的导热性与热容量通常高于塑料底层，所以有油漆或涂层的金属表面的温度会高于塑料材料。环境空气温度、蒸发速度及对流冷却均会影响材料的温度、从而影响材料的降解速度。

　　在光老化测试中

　　ag真人平台官方一般用黑标/黑板温度计来表征样品温度，用箱体温度来表征环境温度。其中黑标来表征光照条件下散热条件较差的黑色样品会达到的温度，黑板温度计来表征光照条件下散热条件较好的黑色样品会达到的温度。
　　氙弧设备：由于可见光和红外光谱都有模拟，所以一般同时监控黑标/黑板温度计中的一种和箱体温度。
　　荧光紫外设备：没有可见光和红外光，光照导致的样品的温升不明显，所以一般只监控黑板温度。
 

　　水在材料的使用环境中无处不在，它会以各种不同的方式存在并对材料发生影响，比如湿气、凝露、雨水、降雪、冰雹等。

　　水作用于材料的两种方式

　　1、合成材料及涂层从湿气和直接湿润中吸水的过程是物理作用。这一吸水作用会导致材料表面膨胀，从而对材料内部较干的层面产生机械应力。随后的干燥过程中，材枓表面因脱水而收缩，但内部较湿的层面会抵制收缩，从而使材料表面出现应力裂纹。水合与脱水状态的交替出现会使材料产生应力碎裂。

　　2、另一种物理作用是结冰一解冻循环。水在结冰时膨胀使受潮材料中的水分产生膨胀与应力,导致涂层剥离、断裂或剥落。降雨周期性地冲洗材料表面的尘埃与污垢，长期也会导致材料的降解,其降雨频率的作用大于降雨量。当雨水冲击曝晒表面时，蒸发作用使试样表面迅速降温，从而导致材料降解。冰雨或冰雹在降落时携带强大动能，也会导致涂层或油漆的物理降解。

　　水分还能够直接参与材料降解的化学反应，在加色涂层与聚合物中二氧化钛(Ti02)的粉化就是很好的例子。聚合物的结构因吸收辐射能而发生改变，循环反应时吸收的水分会加强材料表面的实际释放过程。材料在任何阶段与水接触都会加速氧化。在考虑酸雨作用时可将湿度作为H调节剂，酸雨会侵蚀多种油漆和涂层。

　　氙弧设备一般通过控制湿度和喷淋来模拟水对材料的影响，荧光紫外设备则通过冷凝和喷淋来实现。
 

　　日光辐射、温度、湿度与二级因素对曝晒试样产生的影响时，材料降解是所有因素共同作用的结果，仅曝晒在某种因素中与曝晒在户外所有因素中，材料的降解结果会产生较大差异。

　　曝晒材料不同，老化因素的协同作用亦会有所不同。即使是产品配方的细微变动,如添加稳定剂、阻燃剂或填料等,都会改变材料的降解特性。再生材料的使用、聚合物矩阵中的杂质及产品加工的特性均会影响材料的老化。虽然研究纯聚合物、稳定剂及特殊零件耐久性的书籍成千上万，但材料耐久性的研究并不是一门确切的科学。可以说，完全理解所有老化因素对材料的作用是难以实现的。

　　所以简单的试图提升1倍光照强度来减少一般实验时间的方法是不合理的，一方面增强光照会导致样品温度的上升，另一方面湿度和其他的因素如湿度和喷淋的时间并没有对应的增加。

　　材料光老化怎么评价

　　光老化的标准一般都仅包括光老化测试本身的条件，没有后续评价的部分，ag真人平台官方需要根据需要来选择合适的评价方式来评估样品的耐老化性能。服务直达：材料光老化测试

　　常见的评价方式
　　1、通过色差和灰标等方式来评价样品的颜色变化
　　2、外观评价：评价样品有没有出现如下的异常，如：粉化、水斑、收缩、开裂、起泡、剥落、其他……
　　3、性能变化：拉伸强度、弯曲强度、冲击强度

　　常用标准

　　1.常用氙弧灯标准
　　● ISO 4892-2:2013 塑料-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯
　　● ISO 16474-2:2013色漆和清漆-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯
　　● GB/T 16422.2-2022 塑料-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯
　　● GB/T 16259-2008 建筑材料人工气候加速老化试验方法
　　● GB/T 1865-2009 色漆与清漆 人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射
　　● ASTM G155-21 非金属材料曝晒用氙弧灯设备操作规程

　　2.常用荧光紫外标准
　　● ISO 4892-3:2016塑料-实验室光源暴露试验方法 第 3部分:荧光紫外灯
　　● GB/T 16422.3-2022塑料-实验室光源暴露试验方法 第 3部分:荧光紫外灯
　　● ASTM D4329-21 塑料的荧光紫外灯老化
　　● GB/T 14522-2008 机械工业产品用塑料、涂料，橡胶材料人工气候老化试验方法 荧光紫外灯
　　● ASTM G154-16非金属材料的人工荧光紫外灯老化
　　● ISO 16474-3:21色漆和清漆 实验室光源暴露方法 第3部分：荧光紫外灯
　　● GB/T 23987-2009 色漆和清漆 涂层的人工气候老化曝露 曝露于荧光紫外线和水
　　● ASTM D4587-11(R2019)e1色漆和相关涂层的荧光紫外-冷凝老化