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防老化性能检测

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发布时间：2025-07-11 07:17:14 更新时间：2025-07-10 07:17:14

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

防老化性能检测：保障材料耐久性的关键评估

材料的防老化性能（亦称耐候性）是指其在自然环境或人工模拟环境因素（如光照、温度、湿度、氧气、臭氧、化学介质等）作用下，抵抗外观劣化、物理性能下降和化学结构破坏的能力。这项检测对于确保产品（如塑料、橡胶、涂料、纺织品、建筑材料、汽车零部件等）在预期使用寿命内保持功能完整性和美观性至关重要。通过科学系统的防老化性能检测，制造商可以评估材料的长期耐久性、优化配方设计、预测使用寿命、保障产品质量并满足相关法规和标准要求，从而降低产品失效风险，提升市场竞争力。

一、主要检测项目

防老化性能检测通常涵盖多个维度的变化评估，核心项目包括：

1. 外观变化检测： 这是最直观的评价指标，包括：
* 颜色变化（色差 ΔE）： 评估材料在老化过程中是否发生褪色、黄变或变深。使用色差仪进行量化测定。
* 表面状态： 观察评估是否出现失光、粉化、开裂、起泡、斑点、发粘、发霉、银纹、析出物等现象。通常通过目视评级或图像分析进行。

2. 物理力学性能变化检测： 评估老化对材料承载和使用功能的影响：
* 拉伸性能： 拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量的变化率。
* 冲击性能： 冲击强度（如简支梁、悬臂梁）的变化。
* 硬度： 邵氏硬度（A/D）、洛氏硬度等的变化。
* 弯曲性能： 弯曲强度、弯曲模量的变化。
* 撕裂强度/剥离强度： 对于薄膜、橡胶、粘接材料尤为重要。

3. 化学结构变化检测： 分析材料分子链是否发生断链、交联、氧化等反应：
* 傅里叶变换红外光谱（FTIR）： 检测特定官能团（如羰基、羟基）的生成或消失，判断氧化程度。
* 紫外-可见光谱（UV-Vis）： 评估光稳定性及紫外吸收剂的有效性。
* 凝胶渗透色谱（GPC）： 测定分子量及其分布的变化，反映降解或交联程度。

4. 热性能变化检测（可选）： 评估老化对材料热稳定性的影响：
* 热重分析（TGA）： 检测起始分解温度、最大分解温度的变化。
* 差示扫描量热法（DSC）： 测定玻璃化转变温度（Tg）、熔点（Tm）、结晶度等的变化。

二、核心检测仪器

进行防老化性能检测依赖于多种专用仪器来模拟老化环境和评估性能变化：

1. 人工加速老化试验箱： 这是模拟环境因素的核心设备。
* 氙灯老化试验箱： 利用氙弧灯模拟太阳光全光谱（紫外、可见、红外），可同时控制光照强度、温度、湿度、喷淋（模拟雨露），是应用最广泛的设备之一，尤其适用于户外材料。
* 紫外（UV）老化试验箱： 主要使用UVA或UVB荧光灯管模拟太阳光中的紫外线部分，试验周期短，常用于筛选和对比研究。
* 碳弧灯老化试验箱： 一种较早期的模拟日光设备，目前使用逐渐减少，但在某些特定标准中仍有要求。
* 臭氧老化试验箱： 用于评估材料（尤其是橡胶）在含臭氧环境中的耐臭氧龟裂性能。
* 热空气老化试验箱： 主要用于评估材料在高温条件下的热氧老化稳定性。
* 湿热老化试验箱： 模拟高温高湿环境（如冷凝、水雾），评估材料在湿热条件下的耐水解、耐霉变等性能。

2. 性能评估仪器：
* 万能材料试验机： 用于测量拉伸、压缩、弯曲、撕裂、剥离等力学性能。
* 冲击试验机： 测量材料的冲击强度。
* 色差仪/分光测色仪： 精确测量颜色变化（L*, a*, b*值，计算ΔE）。
* 光泽度计： 测量材料表面光泽度的变化。
* 硬度计： （邵氏、洛氏、巴氏等）测量材料硬度变化。
* 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）： 分析化学结构变化。
* 紫外-可见分光光度计（UV-Vis）： 分析紫外吸收及透射变化。
* 热分析仪器： 热重分析仪（TGA）、差示扫描量热仪（DSC）、动态热机械分析仪（DMA）等评估热性能变化。
* 显微镜（光学/电子）： 观察表面微观形态变化（如裂纹、粉化）。

三、常用检测方法

防老化性能检测方法主要分为两大类：

1. 人工加速老化试验： 在实验室可控条件下，使用老化试验箱对材料进行加速老化。
* 核心步骤： 制备标准试样 -> 设定老化试验条件（光源类型、辐照度、温度、湿度、喷淋/冷凝周期、试验时长等） -> 将试样放入老化箱进行暴露 -> 定期取出试样 -> 按照相关标准进行外观检查、物理力学性能测试、化学结构分析等。
* 目的： 在相对较短的时间内预测材料在长期自然环境暴露下的性能变化趋势（注意：加速因子因材料、环境、老化机理而异，通常不能直接换算成确切自然老化时间）。

2. 自然气候暴露试验： 将样品直接放置于特定气候条件的户外暴露场（如亚利桑那、佛罗里达、广州、海南等），进行自然条件下的长期老化。
* 特点： 结果最真实可靠，能反映材料在实际使用环境中的综合老化行为。
* 缺点： 试验周期非常长（通常以年计），受气候波动影响大，成本高，主要用于验证加速老化试验结果或法规要求。
* 方法： 将试样固定在暴露架上（角度、朝向有标准要求），定期（如每月、每季度、每年）取样进行性能测试和评估。

四、重要检测标准

防老化性能检测遵循一系列国际、国家或行业标准，确保测试方法的统一性和结果的可比性：

1. 国际标准 (ISO):
* ISO 4892 - 塑料实验室光源暴露方法系列标准（包括氙弧灯、荧光紫外灯、开放式碳弧灯）。
* ISO 11341 - 色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露曝露于滤过的氙弧辐射。
* ISO 877 - 塑料直接大气暴露、玻璃下太阳辐射暴露和菲涅耳镜太阳辐射聚光暴露试验方法。
* ISO 1431 - 橡胶或塑料涂覆织物耐臭氧龟裂性能的测定。
* ISO 188 - 硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验。

2. 美国标准 (ASTM):
* ASTM G155 - 非金属材料曝露用氙弧灯设备操作的标准规程。
* ASTM G154 - 非金属材料紫外荧光曝露设备操作的标准规程。
* ASTM D4329 - 塑料的荧光紫外（UV）曝露规程。
* ASTM D4459 - 在室温和高温下在静态和动态应变条件下测定橡胶化合物耐臭氧龟裂性的标准试验方法。