Kiểm tra lão hóa là một trong những phương tiện quan trọng để cải thiện độ tin cậy của sản phẩm và hiện tại không thể thay thế nó bằng các phương pháp khác. Thông qua quá trình kiểm tra lão hóa, các vấn đề và khiếm khuyết của sản phẩm trong các điều kiện môi trường khác nhau có thể được bộc lộ và những vấn đề này có thể được sửa chữa và cải thiện, từ đó cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của sản phẩm. Các thiết bị tin cậy thường được sử dụng bao gồm:Buồng thử nghiệm lão hóa UV, buồng thử nghiệm lão hóa đèn xenon, vân vân.
Ⅰ. Lựa chọn các điều kiện thử nghiệm lão hóa tăng tốc nhân tạo
Câu hỏi này thực sự có thể được hiểu là những yếu tố lão hóa nào cần được mô phỏng. Trong quá trình sử dụng vật liệu polymer, nhiều yếu tố trong môi trường khí hậu có thể ảnh hưởng đến sự lão hóa của vật liệu polymer. Nếu biết trước các yếu tố chính gây ra lão hóa thì có thể chọn phương pháp thử theo mục tiêu.
Chúng ta có thể xác định phương pháp thử bằng cách xem xét vận chuyển, bảo quản, môi trường sử dụng và cơ chế lão hóa của vật liệu. Ví dụ, cấu hình polyvinyl clorua cứng được làm từ polyvinyl clorua làm nguyên liệu thô và được thêm vào các chất phụ gia như chất ổn định và chất màu. Chúng chủ yếu được sử dụng ngoài trời. Xét về cơ chế lão hóa của PVC, PVC dễ bị phân hủy khi đun nóng; Xét đến môi trường sử dụng, oxy, tia cực tím, nhiệt độ và độ ẩm trong không khí đều là nguyên nhân gây lão hóa profile.
Ⅱ . Lựa chọn nguồn sáng cho thử nghiệm lão hóa tăng tốc nhân tạo
Thử nghiệm tiếp xúc với nguồn sáng trong phòng thí nghiệm: Nó có thể mô phỏng đồng thời ánh sáng, oxy, nhiệt, lượng mưa và các yếu tố khác trong môi trường khí quyển nhìn thấy được trong buồng thử nghiệm. Đây là phương pháp thử nghiệm lão hóa tăng tốc nhân tạo thường được sử dụng. Trong số các yếu tố mô phỏng này, nguồn sáng tương đối quan trọng. Kinh nghiệm cho thấy các bước sóng trong ánh sáng mặt trời gây hư hỏng vật liệu polymer chủ yếu tập trung ở tia cực tím và một số ánh sáng khả kiến.
Các nguồn ánh sáng nhân tạo hiện đang được sử dụng cố gắng tạo ra đường cong phân bố phổ năng lượng trong phạm vi bước sóng này gần với quang phổ mặt trời. Tốc độ mô phỏng và tăng tốc là cơ sở chính để lựa chọn nguồn sáng nhân tạo. Sau khoảng một thế kỷ phát triển, các nguồn sáng trong phòng thí nghiệm bao gồm đèn hồ quang carbon kín, đèn hồ quang carbon loại ánh sáng mặt trời, đèn cực tím huỳnh quang, đèn hồ quang xenon, đèn thủy ngân cao áp và các nguồn sáng khác để lựa chọn. Các ủy ban kỹ thuật liên quan đến vật liệu polymer trong Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) chủ yếu khuyến nghị sử dụng ba nguồn sáng: đèn hồ quang carbon mặt trời, đèn cực tím huỳnh quang và đèn hồ quang xenon.
01. Đèn hồ quang xenon
Hiện tại người ta tin rằng sự phân bố năng lượng quang phổ của đèn hồ quang xenon trong số các nguồn sáng nhân tạo đã biết gần giống nhất với các phần tử ngoại và khả kiến của ánh sáng mặt trời. Bằng cách chọn một bộ lọc thích hợp, hầu hết bức xạ sóng ngắn có trong ánh sáng mặt trời chiếu tới mặt đất đều có thể được lọc ra. Đèn xenon có bức xạ mạnh ở vùng hồng ngoại 1000nm ~ 1200nm và tạo ra một lượng nhiệt lớn.
Vì vậy, phải lựa chọn một thiết bị làm mát phù hợp để lấy đi nguồn năng lượng này. Hiện nay, trên thị trường có hai phương pháp làm mát thiết bị kiểm tra lão hóa đèn xenon là làm mát bằng nước và làm mát bằng không khí. Nhìn chung, hiệu quả làm mát của thiết bị đèn xenon làm mát bằng nước tốt hơn so với thiết bị làm mát bằng không khí. Đồng thời, cấu trúc phức tạp hơn và giá thành đắt hơn. Vì năng lượng của phần tử ngoại của đèn xenon tăng ít hơn hai nguồn sáng còn lại nên tốc độ tăng tốc của nó là thấp nhất.
02. Đèn UV huỳnh quang
Về mặt lý thuyết, năng lượng sóng ngắn 300nm~400nm là nguyên nhân chính gây ra lão hóa. Nếu năng lượng này tăng lên, có thể đạt được kết quả xét nghiệm nhanh. Sự phân bố quang phổ của đèn UV huỳnh quang chủ yếu tập trung ở phần tử ngoại nên có thể đạt được tốc độ tăng tốc cao hơn.
Tuy nhiên, đèn UV huỳnh quang không chỉ làm tăng năng lượng tia cực tím trong ánh sáng mặt trời tự nhiên mà còn tỏa ra năng lượng không có trong ánh sáng mặt trời tự nhiên khi đo trên bề mặt trái đất và năng lượng này có thể gây ra thiệt hại phi tự nhiên. Ngoài ra, ngoại trừ vạch phổ thủy ngân rất hẹp, nguồn sáng huỳnh quang không có năng lượng cao hơn 375nm nên các vật liệu nhạy cảm với năng lượng tia cực tím có bước sóng dài hơn có thể không thay đổi như khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời tự nhiên. Những sai sót cố hữu này có thể dẫn đến kết quả không đáng tin cậy.
Vì vậy, đèn UV huỳnh quang có khả năng mô phỏng kém. Tuy nhiên, do tốc độ tăng tốc cao nên có thể sàng lọc nhanh các vật liệu cụ thể bằng cách chọn loại đèn thích hợp.
03. Đèn hồ quang carbon Sunlight
Đèn hồ quang carbon loại ánh sáng mặt trời hiện nay ít được sử dụng ở nước ta nhưng lại là nguồn sáng được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản. Hầu hết các tiêu chuẩn JIS đều sử dụng đèn hồ quang carbon loại ánh sáng mặt trời. Nhiều hãng ô tô ở nước tôi liên doanh với Nhật Bản vẫn khuyến khích sử dụng nguồn sáng này. Sự phân bố năng lượng quang phổ của đèn hồ quang carbon mặt trời cũng gần với ánh sáng mặt trời hơn, nhưng các tia cực tím từ 370nm đến 390nm được tập trung và tăng cường. Mô phỏng không tốt bằng đèn xenon và tốc độ tăng tốc giữa đèn xenon và đèn cực tím.
Ⅲ . Xác định thời gian thử lão hóa tăng tốc nhân tạo
1. Tham khảo các tiêu chuẩn và quy định sản phẩm có liên quan
Các tiêu chuẩn sản phẩm liên quan đã quy định thời gian kiểm tra lão hóa. Chúng ta chỉ cần tìm các tiêu chuẩn liên quan và thực hiện chúng theo thời gian quy định trong đó. Nhiều tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành đã quy định điều này.
2. Tính toán dựa trên các mối tương quan đã biết
Nghiên cứu cho thấy độ ổn định màu của ABS được đánh giá thông qua sự thay đổi về màu sắc và chỉ số ố vàng. Quá trình lão hóa tăng tốc nhân tạo có mối tương quan tốt với sự tiếp xúc với khí quyển tự nhiên và tốc độ tăng tốc là khoảng 7. Nếu bạn muốn biết sự thay đổi màu sắc của một vật liệu ABS nhất định sau một năm sử dụng ngoài trời và sử dụng cùng điều kiện thử nghiệm, bạn có thể tham khảo tốc độ tăng tốc để xác định thời gian lão hóa tăng tốc 365x24/7=1251h.
Từ lâu, đã có rất nhiều nghiên cứu về vấn đề tương quan trong và ngoài nước và rút ra nhiều mối quan hệ chuyển đổi. Tuy nhiên, do sự đa dạng của vật liệu polyme, sự khác biệt về thiết bị và phương pháp thử nghiệm lão hóa tăng tốc cũng như sự khác biệt về khí hậu ở các thời điểm và khu vực khác nhau nên mối quan hệ chuyển đổi rất phức tạp. Do đó, khi lựa chọn mối quan hệ chuyển đổi, chúng ta phải chú ý đến các vật liệu cụ thể, thiết bị lão hóa, điều kiện thử nghiệm, chỉ số đánh giá hiệu suất và các yếu tố khác tạo ra mối tương quan.
3. Kiểm soát tổng lượng bức xạ lão hóa tăng tốc nhân tạo tương đương với tổng lượng bức xạ phơi nhiễm tự nhiên
Đối với một số sản phẩm không có tiêu chuẩn tương ứng và không có tham chiếu tương quan, có thể xem xét cường độ bức xạ của môi trường sử dụng thực tế và tổng lượng bức xạ lão hóa tăng tốc nhân tạo phải được kiểm soát tương đương với tổng lượng bức xạ phơi nhiễm tự nhiên. .
Ví dụ: Cách kiểm soát tổng lượng bức xạ của quá trình lão hóa tăng tốc nhân tạo
Một sản phẩm nhựa nhất định được sử dụng ở khu vực Bắc Kinh và dự kiến sẽ kiểm soát tổng lượng bức xạ của quá trình lão hóa tăng tốc nhân tạo tương đương với một năm phơi nhiễm ngoài trời.
Bước 1: Vì sản phẩm này là sản phẩm nhựa và được sử dụng ngoài trời nên hãy chọn Phương pháp A tính bằng GB/T16422.2-1996 "Phương pháp kiểm tra phơi nhiễm nguồn sáng trong phòng thí nghiệm nhựa Phần 2: Đèn hồ quang Xenon".
Các điều kiện thử nghiệm là: cường độ chiếu xạ 0,50W/m2 (340nm), nhiệt độ bảng đen 65 độ, nhiệt độ hộp 40 độ, độ ẩm tương đối 50%, thời gian phun nước/thời gian không phun nước 18 phút/102 phút, ánh sáng liên tục;
Bước 2: Tổng lượng bức xạ hàng năm ở Bắc Kinh vào khoảng 5609MJ/m2. Theo tiêu chuẩn quốc tế CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "Phương pháp kiểm tra phơi nhiễm nguồn sáng trong phòng thí nghiệm nhựa" để so sánh sự phân bố quang phổ của nguồn sáng nhân tạo và ánh sáng mặt trời tự nhiên) Phần: Được trích dẫn trong "Xenon Arc Đèn"); trong đó vùng tử ngoại và vùng khả kiến (300nm~800nm) chiếm 62,2%, tương đương 3489MJ/m2.
Bước 3: Theo GB/T16422.2-1996
Khi cường độ chiếu xạ 340nm là 0,50W/m2, cường độ chiếu xạ ở vùng hồng ngoại và vùng khả kiến (300nm~800nm) là 550W/m2; thời gian chiếu xạ có thể được tính là 3489X106/550=6.344X106s, tức là 1762h. Theo phương pháp tính toán này, hệ số gia tốc là khoảng 5. Vì lão hóa tự nhiên không phải là sự chồng chất đơn giản của cường độ chiếu xạ nên người ta chỉ xác định được rằng ánh sáng mặt trời là nguyên nhân gây ra vật liệu.