耐候老化测试说明

长期暴露在阳光下会导致塑料材料的降解。特别是，以短波长为特征的非可见的紫外线辐射是导致光降解的原因。 这通常会导致物理性能的降低，颜色的变化或部件表面的粉化。例如，衣服失去弹性并解体，花园家具变脆或体育场座椅变白。

为了限制或推迟降解的发生，可以在聚合物中加入几种类型的紫外光稳定剂。最重要的稳定剂类型是通过筛选出有害的紫外光--例如二苯甲酮等紫外吸收剂或碳黑或无机颜料等小的分散颗粒，其他非常有效的紫外稳定剂是紫外淬灭剂和HALS（受阻胺类光稳定剂）。

当需要评估一个给定材料的光稳定性或紫外线稳定剂的性能时，一个重要的因素是选择一个合适的测试方法。除了室外暴露密切反映自然老化条件但需要较长的暴露时间，人工老化测试已经被开发出来，使用的光源包括氙气灯或荧光灯，在可控的温度和湿度条件下。

辐射成分

紫外线辐射只占太阳光谱的4.6%，但对高分子材料造成最重要的损害。完整的太阳紫外线光谱范围在280至400纳米之间，但最具侵略性的部分是波长在280至315纳米之间的UVB范围，非常短。

辐射能：定义

辐射是指在一定时间内入射到特定区域的辐射能量。它可以用W*s /m2、焦耳/m2表示，也可以用兰利（Ly）表示。

1Ly 1 cal/cm²=4.184 E⁴ Joule/m²

例如，在比利时，3年的户外照射的总辐照量是多少？

>比利时每年的阳光辐射为80 kLy (见下表)

>3年后的总辐照量 80 x 3 240 kLy

下表给出了不同国家的全球年太阳光辐射水平（kLy/年），它相当于在一年的连续户外照射中可以传输到塑料部分的辐射能量。相当于一年内连续暴露在户外的辐射能量。

注意：本表中的数值只是指示性的。在某些（较大的）国家，不同地区的辐射水平会有很大差异。

下表是每个国家的平均太阳辐射，单位为kLy（kcal/cm/year）

塑料材料的光稳定剂

为了对紫外线辐射提供适当的保护，可以在塑料材料中使用几种稳定系统。最重要的光稳定剂类型是紫外线吸收剂、能量转移剂或淬火剂，以及受阻胺光稳定剂。以下是对这些不同光稳定剂的简要描述。

a) 紫外线吸收剂

吸收剂将有害的紫外线辐射转化为无害的红外辐射或热能，通过聚合物基体消散。它们可以是透明的，如羟基二苯甲酮，也可以是不透明的，如碳黑。它们既可以是透明的，如羟基二苯甲酮，也可以是不透明的，如碳黑。

炭黑

炭黑是最有效和广泛的光吸收剂之一。它作为紫外线吸收剂的效率主要取决于初级粒子的大小和结构。在相同的装载量下，基于细颗粒的碳黑聚集体将向入射光线提供更多的表面，因此比更粗的等级具有更大的紫外线吸收效率。

原生颗粒大小对老化性能的影响如下图

适当的负载水平取决于零件的厚度、暴露条件和碳黑的类型。通常情况下，为获得较佳的紫外线防护效果，负载量在2-3%之间。较佳的紫外线保护的负载量在2-3%之间（应该注意的是 这些炭黑水平相当于4-7%的母料。取决于其负载）。

负载水平对紫外线吸收的影响如下图

炭黑的强吸收特性和高不透明度使其成为最具成本效益的紫外线吸收剂。

炭黑作为塑料中的紫外线稳定剂的典型应用是外部管道、聚烯烃农用薄膜、池塘内衬、汽车部件和外部电缆护套（PVC、PE等...）。

二氧化钛

某些颜料，如金红石型二氧化钛，在300至400纳米范围内吸收。因此，它们有助于保护聚合物，只要该颜料有合适的涂层，以防止TiO₂通常出现的光降解过程。因此，它们有助于保护聚合物，前提是颜料有合适的涂层，以防止通常在TiO₂上观察到的光降解过程。

羟基二苯甲酮和羟基苯基苯并三唑

这些闻名的紫外线吸收剂类型具有适用于天然或透明应用的优势。为了给塑料材料提供良好的保护，需要一定的吸收深度（部分厚度），这使得这些吸收剂在薄膜（低于100微米）、纤维或磁带等薄的物品中效率不高。

b) 淬灭剂

这种类型的光稳定剂的功能是使 "激发 "状态的聚合物分子（发色团）回到它们的稳定状态，防止键的断裂和最终形成自由基。镍稳定剂是典型的淬灭剂，例如在农用薄膜应用中使用。

c) 受阻胺类光稳定剂(HALS)

这些非常有效的光稳定剂不会改变塑料材料的颜色，适用于薄型和厚型截面。HALS的活性不是通过吸收紫外线辐射，而是通过与所形成的自由基发生反应，从而限制在某些化学品（杀虫剂、杀虫剂）存在下的降解反应。

耐候老化测试方法

除了自然老化，还开发了一些使用人工光源的测试方法，以提供加速测试程序。所有的方法都是基于对反映老化过程的特征的定期观察，如机械性能（断裂伸长率、拉伸性能或冲击强度 或可见特征，如裂纹的形成、粉化、颜色或光泽的变化 颜色或光泽的变化。

塑料材料老化的主要测试方法有以下几种。

a) 户外自然老化

b) QUV紫外灯老化试验箱

QUV紫外灯老化试验箱用荧光紫外线（UV）灯模拟太阳光的效果。(UV)灯来模拟太阳光的效果，而雨和露水则是通过湿度的凝结来模拟的。湿度。如前所述，紫外线只占太阳光的大约5％，但它却要对太阳光的影响负责。紫外线只占太阳光的5%，但它对大部分聚合物的降解负责。降解。此外，材料通常是用设备进行测试的，这些设备只模拟最短的波长（紫外线）。UVB范围包括在阳光中发现的最短波长。

因此，对于许多应用来说，它是一种快速和有效的方法。

QUV紫外灯老化试验箱使用两种主要类型的灯管。UVA-340和UVB-313。虽然这些灯管有不同的光发射光谱，但它们的特点都是最大的光照度。发射光谱，但它们的特点都是在紫外线范围内有最大的发射量。紫外线范围内的发射。

UVA提供了一个合理的太阳光谱紫外线区域的匹配。但这种匹配对长波段不再有效了 (可见光、红外线)。

UVB灯也发射紫外光，但其发射光谱的最大值向短波转移。与UVA灯相比，UVB灯也发射紫外线，但其发射光谱的最大值向短波长移动。UVB-313灯是一种广泛使用的荧光紫外灯，可以提供快速的测试结果。灯是一种广泛使用的荧光紫外线灯，可以提供快速的测试结果。然而，如下图所示，其光谱包含短波，而这些短波在太阳辐射中是不存在的。