车用饰件老化常用测试方法研究

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【摘 要】 研究了影响车用饰件性能的气候因素，以及常用的自然老化、实验室加速老化的测试方法。

【关键词】 老化 车用饰件

1 前言

老化是指材料对气候所产生的负面反应，以导致不要的和过早的产品失效。我们试图通过研究产品的化学及机械稳定性来预防产品老化或过早失效，并通过老化测试来评估车用饰件的耐久性。目前，老化测试主要分为自然老化和实验室加速老化。

2 老化因素

材料发生老化主要有下面几个影响因素：决定因素是材料本身的结构及材质，如具有不饱和双键、过氧化物、支链、羰基等结构，都是导致材料老化的本质原因。外界或环境因素主要有以下三个方面：（1）光辐射的影响。到达地表的日光通常分为3个主要范围：紫外线、可见光及红外线；他们的波长范围分别为：295-400nm，400-800nm，800-2450nm[1]。根据光化学第一定律，只有被分子吸收的光才能引起分子的光化学反应。降解的另一基本法则是，只有当分子吸收的辐射能大于分子键能时，材料才会发生降解。引起材料降解的辐射能量取决于以下几个因素：材料表面所吸收辐射的质量与数量；材料所吸收的波长；吸收的辐射能是否有足够的能量引起化学改变，从而导致材料降解。（2）温度的影响。日光曝晒下材料的温度会影响辐射的作用，根据经验来讲，每升温10℃，光反应的速度就会加倍。可见光及红外线的日光吸收率与颜色密切相关。如白色材料的日光吸收率为20%，黑色为90%。（3）水的影响。水合-脱水状态交替的物理作用，在吸水时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，材料表面因脱水而收缩，但内部较湿的层面会抑制收缩，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破裂。另一种物理作用是结冰-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。

3 老化测试的试验方法

当前常用老化测试的试验方法有两类： 自然老化试验和人工加速老化试验。

3.1 自然老化试验

进行自然老化测试的两种最重要的气候是亚热带气候（如南弗罗里达）与沙漠气候（如亚利桑那中部），这两种气候是世界公认的、材料最终使用环境中最恶劣的户外曝晒气候。进行自然老化前，要明确以下一些测试条件：曝晒角度（水平、45°、90°等），有无背板曝晒，直接或是间接曝晒，自然静态老化还是选用太阳跟踪架等条件的自然加速老化等等。

3.2 实验室加速老化（人工老化）试验

为了比自然老化测试更快地评估材料的耐久性，人们通常采用配有人工光源的测试设备来加速老化。所用光源包括氙弧灯、金属卤化物灯和碳弧灯等。

（1）氙弧灯光源的老化测试（光谱图请见图1[2]）。适当过滤的氙弧灯能够比其他人工光源更好地模拟紫外线及可见光的日光辐射，氙弧灯是一种石英球罩密封的精确气体放电灯，是一个广受欢迎的光源，用于测试那些需要自然日光曝晒的材料。因为氙弧灯不发射或发射很少日光波长截止点以下的辐射，所以使用这种光源的测试效果更接近自然老化。

（2）金属卤化物灯光源的老化测试（光谱图请见图2[2]）。汽车制造商及供应商不断采用新技术和测试方法进行试验，如大型汽车部件的耐久性测试，包括仪表板、车门装置和保险杠系统，以测试其装配应力，和对由几种组件或材料所组成的部件所引起的影响，金属卤化物灯是可以满足大型部件进行人工曝晒测试要求的光源之一。如下对比谱线所示，金属卤化物灯与适当的滤光片、光学系统及电子电源组合使用，可以产生接近日光辐射的光谱能量分布。

（3）碳弧灯光源的老化测试（光谱图请见图3[2]）。德国合成染料化学家最初用碳弧灯评估染色织物的色牢度。工作原理：点燃成对的碳棒并使其持续燃烧为光源。根据碳棒的燃烧方式可分为：1）开放式（Sunshine Carbon Arc）：在日本仍用于汽车材料的老化测试；2）封闭式（Enclosed Carbon Arc）：在日本仍用于材料的褪色及色牢度测试。

（4）其他常用的实验室老化测试。可程式温湿交变老化、循环腐蚀、热风老化，臭氧老化，疲劳、水雾、冷凝、耐霉菌、耐腐蚀性气体测试（SO2，O3，H2S…）等。

4 老化后评价

（1）外观状态的评价：查看样品是否有粘附、起泡、粉化、裂纹、分层、剥落、针孔等缺陷。（2）外观光学参数评价：查看色差、灰色等级、光泽度情况。（3）根据标准物评价：最常用的参考材料是聚苯乙烯光牢度标准、AATCC及ISO蓝羊毛参考材料[3]。（4）物理性能评价：样品进行拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、硬度、压缩强度、冲击强度、铅笔硬度、冲击强度、附着力、耐弯曲等测试，查看结果是否满足要求。

5 结语

总之在老化测试方面，要根据不同的材料选择不同的测试方法和测试标准，不是说辐照度越强、辐照量越大、温度越高越好，那样是不能真实地反映实际使用中的老化情况的，还有因为好多高分子材料的老化是具有间歇性的，因此要根据材料的实际使用情况来选择一些有光照、黑暗、喷淋等循环的测试条件，更好对材料的老化进行评估和预测。

参考文献：

[1]CIE出版物85表4.

[2]ATLAS老化测试手册，2005.

[3]张志勇.非金属材料的氙灯曝露试验概述[J].环境试验，2006.1.