在整个1000h 氙灯老化测试过程中,聚乙烯试样的拉伸强度保持率和断裂伸长率随时间的增加而降低,拉伸强度保持率和断裂伸长率与时间的对数均呈线性关系,线性相关系数均为0.97以上。根据良好的线性关系,可以由该组试样1000h氙灯老化测试数据推测1000h 以后的拉伸强度保持率和断裂伸长率。5 氙灯老与自然气候曝露的相关性自然气候曝露受客观条件的约束和影响比较大,例如:曝露试验场应选择在受试产品实际使用环境条件下建立;场地应平坦、空旷、不积水、草高不应超过0.3m;曝露场附近无工厂烟囱和能散发大量腐蚀性化学气体的设施,避免局部严重污染的影响。自然气候曝露的结果还会随投试季节的不同而改变。
但这种影响会随曝露时间的延长而减少。为了将实验室得到的氙灯老化测试数据用于推测自然气候曝露,需要确定各地区、不同气候状况下的太阳辐射量,以及氙灯老化测试与实际使用环境自然气候曝露的相关性。控制氙灯老化辐射总量与自然曝露辐射总量相当需要考虑其实际使用环境的辐射强度。例如,如果塑料制品的产地位于中国山东省,而使用地在中国广东省,则在山东进行的自然气候曝露结果不能被直接应用于广东省,需要根据产品的实际使用环境进行换算与推算;如果在中国生产的塑料制品出口到美国,那就需要结合美国当地的情况来对人工老化测试结果进行合理的换算与推算。按接受太阳能辐射量的大小,中国大致上可分为五类地区,美国大致可分为四类地区。对应中国一、二、三、四、五类地区的典型城市分别是:拉萨、山西北部、山东、广东、四川。对应美国A、B、C、D 类地区的典型城市分别是:菲尼克斯、里弗塞德、达拉斯、斯兰克顿。中国和美国各类地区全年平均辐照量以及与自然气候曝露一年相当的氙灯老化小时数分别见表2、3 所示,以ISO 4892- 2 氙灯老化方法A第1个循环为基础。
ISO 4892- 2 方法A 第1个循环的氙灯老化测试,其加倍速率分别是中国、二、三、四、五类地区自然气候曝露的4.01,4.78,5.52,6.54,8.02 倍;是美国A,B,C,D 类地区自然气候曝露的4.13,5.05,6.49,9.09 倍。简单地说,在实验室中根据ISO 4892- 2方法A 第1 个循环进行1000h 的氙灯老化测试,相当于山东省(表2 中的三类地区)5520h 的自然气候曝露,或广东省(表2 中的四类地区)6540h 的自然气候曝露。
在已知短时间范围(不足3个月,即900h)氙灯老化测试数据的情况下,若实验室氙灯老化测式时间大于等于在产品实际使用地区与自然气候曝露一年相当的氙灯老化小时数60%,且实验室测试时间的对数与拉伸强度保持率和断裂伸长率的线性相关性大于0.95,就可以推算出聚乙烯产品在自然气候曝露一年的性能。
全球每年因塑料产品老化造成的产品褪色、失光、氧化、开裂、粉化和强度下降,从而导致的直接或间接经济损失高达数亿美元。通过氙灯老化测试,结合各地太阳辐射的年平均辐照量,采用统计学方法,可以在相对较短的时间内推算出相当于自然气候曝露一年的聚乙烯制品的性能,有效地防止了生产及长时间测试或自然气候暴露的浪费。人工老化测试时间长、费用高。以氙灯老化测试为例,滤光器使用4000h就应报废,外滤光罩使用2000h后应报废,而内滤光罩只能用400h。本文提出的方法可以将实验室相对时间较短的测试结果迅速地应用于实际使用当中,快速地得到置信度高的结果,可大大节省了测试费用,并明显提高从产品的设计开发到试制、量产的效率。以美国达拉斯市为代表的美国太阳能辐射C类地区,只需要810h就可以推测出相当于一年(8760h)的材料性能;以美国斯兰克顿市为代表的美国太阳能辐射D类地区,只需要579h就可以推测出相当于一年的材料性能。
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