模擬環(huán)境試驗(yàn)室材料老化術(shù)語(yǔ)之老化(aging)老化為聚合物性能由好變壞過程一個(gè)專業(yè)性名詞,定義為:隨時(shí)間推移,材料廠中發(fā)生的各種不可逆的化學(xué)和物理變化過程的總稱。老化可分為化學(xué)老化與物理老化兩種類型。物理老化是可逆性的變化;化學(xué)老化是不可逆的變化。物理老化不涉及聚合物分子結(jié)構(gòu)的變化,它僅僅是由于物理作用而發(fā)生的變化(見物理老化條目)。化學(xué)老化是指聚合物(包括塑料、橡膠、纖維、粘和劑)在加工、貯存、運(yùn)輸和使用過程中,要經(jīng)受各種外界環(huán)境因素,如熱、光照、氧、臭氧、濕氣、空氣中的污染物、機(jī)械應(yīng)力、高能輻射以及聚合物本身內(nèi)在因素的影響,使聚合物的優(yōu)良性能下降,最后喪失使用價(jià)值。這種現(xiàn)象稱為化學(xué)老化,或者就簡(jiǎn)稱老化。 模擬環(huán)境試驗(yàn)室材料老化術(shù)語(yǔ)之臭氧老化箱臭氧老箱是專為聚合物材料進(jìn)行臭氧老化試驗(yàn)而設(shè)計(jì)制造的箱式裝置。它可以模擬并加速大氣臭氧老化條件,可以在較短時(shí)間獲得近似于實(shí)際使用的或重現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果。臭氧老化箱一般由三大部分組成,即:臭氧發(fā)生裝置系統(tǒng),試樣老化箱室和臭氧濃度測(cè)定、調(diào)控系統(tǒng)。(1) 臭氧發(fā)生裝置系統(tǒng)。主要包括臭氧發(fā)生器、空氣凈化裝置、熱交換器和氣流控制系統(tǒng)等部件。臭氧發(fā)生器可以采用紫外光燈或者高壓無(wú)聲放電管。紫外光燈可以在空氣中獲得穩(wěn)定而較低濃度的臭氧,高壓無(wú)聲放電管則可獲得較高濃度的臭氧。當(dāng)使用無(wú)聲放電管時(shí),為了避免對(duì)試驗(yàn)有影響的氮氧化合物生成,首先需進(jìn)行凈化。臭氧化的空氣需經(jīng)熱交換后才能輸入試樣老化室中。(2) 試樣老化箱室。箱室是封閉式的、無(wú)光照的(除間歇照明外)。箱門上開設(shè)一個(gè)可以觀察試樣表面的窗口。箱室內(nèi)壁、導(dǎo)管、試樣夾具和結(jié)構(gòu)材料等應(yīng)采用不易分解臭氧的和不銹或防腐的惰性材料來(lái)制造。試樣夾具和框架裝配在可作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械裝置上,機(jī)械裝置則以恒速的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。必要時(shí)還可以安裝定時(shí)裝置。(3) 臭氧濃度測(cè)定、調(diào)控裝置。此裝置有自動(dòng)化的和非自動(dòng)化的。臭氧濃度的測(cè)定方法有化學(xué)分析法、電化學(xué)法、光化學(xué)法或紫外線吸收法等?;瘜W(xué)分析法配備有臭氧吸收瓶和化學(xué)滴定溶液、儀器等設(shè)施。電化學(xué)法配備有噴霧器等電化學(xué)測(cè)定裝置。紫外線吸收法則配備有自動(dòng)控制和記錄顯示臭氧濃度等裝置。用紫外光源或碘化鉀溶液電門巴的變化,可以通過調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器上的電壓大小、氣體流速、屏蔽紫外燈管的長(zhǎng)度和燈數(shù)平控制臭氧濃度;而使用高壓放電管時(shí),則用調(diào)節(jié)發(fā)生器上的電壓、電極尺寸或管數(shù)、氧氣流速以及稀釋空氣等方法來(lái)調(diào)節(jié)臭氧濃度。臭氧老化箱有用于靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)的,也有用于動(dòng)枋試驗(yàn)的,還有兩種試驗(yàn)均可用的。但其要求必需符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。臭氧老化箱因使用比較普遍,故其型號(hào)較多,國(guó)內(nèi)外都有不盡相同形式的產(chǎn)品,如國(guó)產(chǎn)的QL型,日本的OMS-LVCR、OMS-1VCR、UVC系列,英國(guó)的PC5型,聯(lián)邦德國(guó)的VOK型等。模擬環(huán)境試驗(yàn)室材料老化術(shù)語(yǔ)之臭氧穩(wěn)定性這是指聚合物材料對(duì)臭氧的化學(xué)作用強(qiáng)弱與否,是否穩(wěn)定。聚合物對(duì)臭氧的化學(xué)穩(wěn)定性一般分為三類:一類是不穩(wěn)定的。這類是以烯烴類為主聚膈的,或含較多雙鍵結(jié)構(gòu)的聚合物,例如丁二烯類聚合物,聚異戊二烯類橡膠等。由于這類聚全物含有較多的雙鍵,所以很易與臭氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),這方面可見臭氧老化機(jī)理部分所述的,特別是處于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)時(shí),這類聚合物很易被臭氧作用而老化,表面發(fā)生臭氧龜裂,使用性能降低、變劣;二類是中等穩(wěn)定的。這類是含較少雙鍵的或引入鹵原子和極性基團(tuán)的聚合物,例如異丁烯與少量異戊二烯的高聚物(丁基橡膠),氯丁二烯聚合物(氯丁橡膠)等。由于這類聚合物的雙鍵減少,故與臭氧的作用減少;由于氯原子的引入,也就延遲了臭氧化的反應(yīng)。臭氧的化合速度是依下列基團(tuán)的次序遞減的:C6H6>C6H5F>C6H5C1及C5H5CH3>C6H5CH2C1>C6H5CHC12>C6H5CC13。可見極性基團(tuán)的引入可以降低與臭氧的化學(xué)反應(yīng);三類是特別穩(wěn)定的。這類是飽和結(jié)構(gòu)或不含雙鍵盤的聚合物,例如含碳氟鍵的氟橡膠,含硅氧鍵(Si-O)的硅橡膠,飽和碳碳鍵(C-C)的乙丙橡膠和側(cè)鏈中含有氯磺?;?SO2C1)的飽和橡膠—氯磺化聚乙烯等腰三角形都對(duì)臭氧特別穩(wěn)定,能經(jīng)受住高濃度的臭氧長(zhǎng)時(shí)間表的作用,而且其表面不易發(fā)生臭氧龜裂。這是由于這類聚合物沒有雙鍵結(jié)構(gòu),因而不引起臭氧與之反應(yīng)。模擬環(huán)境試驗(yàn)室材料老化術(shù)語(yǔ)之耐光性試驗(yàn)(light resistance test)暴露于透過玻璃的太陽(yáng)光下,或在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)在規(guī)定的條件下暴露于模擬透過玻璃的日光光譜的人造光源下的試驗(yàn)稱之為耐光性試驗(yàn)。這種試驗(yàn)要求突出光老化的因素而用窗玻璃遮蓋免接觸雨水,選擇合適的人造光源與濾光器組合以求能模擬3mm窗玻璃下的日光光譜,使其光譜分布盡可能類似于室內(nèi)的自然光。這種加速條件下的試驗(yàn)結(jié)果與透過玻璃的太陽(yáng)光暴露所發(fā)生的老化結(jié)果近似,能達(dá)到下確評(píng)價(jià)材料耐光性能優(yōu)劣的目的。二、 試驗(yàn)方法1. 天然耐光性試驗(yàn)把試樣置于耐光性試驗(yàn)的暴露架中進(jìn)行暴露。暴露架由玻璃蓋、試樣安裝框和網(wǎng)框構(gòu)成。玻璃選用3mm厚的均勻、無(wú)花的優(yōu)質(zhì)窗玻璃。這種窗玻璃透過紫外光較少,主要通過可見光,也可根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康倪x用其他性能的濾光玻璃。安裝試樣和玻璃的框架一般用木框構(gòu)成,木框四周有小孔,使空氣流通,并不受雨水和灰塵的影響。玻璃覆蓋在試樣之上,試樣與玻璃間距為20~50mm。可同時(shí)放置《日曬牢度藍(lán)色標(biāo)準(zhǔn)》樣卡與試樣于天然日曬玻璃框內(nèi)作暴露對(duì)比。暴曬架與水平面呈當(dāng)?shù)鼐暥冉浅媳瘢⒁饪蜻呹幱安宦溆谠嚇踊蛩{(lán)色標(biāo)準(zhǔn)樣卡上,并經(jīng)常擦除玻璃上的灰塵。陰雨天可停止暴曬。2. 人工加速耐光性試驗(yàn)這種試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬在(窗)玻璃遮蓋下試驗(yàn)所發(fā)生的老化過程。試驗(yàn)是在規(guī)定的條件下,在人工光源下進(jìn)行暴露,據(jù)研究,氙弧燈和光學(xué)(硅酸硼)玻璃內(nèi)層濾光器與鈉鈣玻璃外層濾光器可模擬通過窗玻璃的太陽(yáng)興的紫外光區(qū)和可見光區(qū)的光譜能量分布。在這種組合的光源試驗(yàn)箱中暴露的結(jié)果對(duì)于透過玻璃的天然日光暴露結(jié)果有很好的模擬性,能達(dá)到測(cè)定高分子材料耐光性程度的目的。模擬環(huán)境試驗(yàn)室材料老化術(shù)語(yǔ)之耐候性(wetherability)耐候性為塑料、橡膠、涂料等高分子材料暴露于日光、冷熱、風(fēng)雨等氣候條件下的耐久性。此名詞術(shù)語(yǔ)原意系指暴露于自然界的物質(zhì)抵抗環(huán)境氣候各種因素的侵蝕作用,或耐受風(fēng)化作用的能力。近代由于高分子材料的廣泛應(yīng)用,尤其對(duì)戶外使用的材料的耐老化性能日益重視,有關(guān)的試驗(yàn)和研究遍布全球,因而“耐候性”一詞逐漸變成為專指高分子材料耐戶外老化性能的通用術(shù)語(yǔ)。高分子材料在戶外暴露時(shí),對(duì)其耐老化性能有嚴(yán)重影響的環(huán)境的因素主要有下列幾類:(1) 太陽(yáng)輻射,包括紫外、紅外和X射線等;(2) 微生物,包括細(xì)菌、真菌與霉菌;(3) 潮濕和干燥的交變;(4) 空氣,包括氧氣和臭氧;(5) 雨水,包括露水和冰雪;(6) 熱能,包括冷熱交變;(7) 大氣,包括工業(yè)氣體和化學(xué)物質(zhì)。高分子材料戶外老化通常是受到上述多種因素的綜合作用而引起的。耐候性原先的含義就是指耐受上述各因素綜合作用的能力。