門窗用聚氯乙烯型材耐候老化測試研究

叢敬梅 張恒 孫杏蕾

一、對比試驗(yàn)背景

目前門窗用PVC型材的耐候老化測試研究，一般按照GB/T8814《門、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材》的要求進(jìn)行測試。不過GB/T8814中的氙燈試驗(yàn)方法測試時(shí)間較長，很多PVC廠家都已采用紫外試驗(yàn)方法進(jìn)行測試，而且美國VSI（VinylSidingInstitute）采用的實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)方法也是紫外試驗(yàn)方法。因此本文通過開展氙燈、紫外實(shí)驗(yàn)室加速老化測試與戶外自然曝曬對比試驗(yàn)，以確定能否采用紫外加速老化試驗(yàn)方法用于門窗用PVC型材的耐候老化測試研究。

二、實(shí)驗(yàn)室加速測試與戶外曝曬對比試驗(yàn)

1. 試驗(yàn)樣品

本次試驗(yàn)的樣品由國內(nèi)主要PVC廠家提供。一共27種樣品，其中3號(hào)，10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、20號(hào)、22號(hào)、23號(hào)、24號(hào)、27號(hào)9種樣品為彩色，其余樣品為白色。

2. 試驗(yàn)方法

（1）戶外自然曝曬

戶外曝曬選擇干旱氣候條件的烏魯木齊，亞熱帶氣候條件的福州和高原氣候條件的格爾木三個(gè)地方，戶外曝曬的角度都是45°朝南。每隔3個(gè)月評估一次樣品。

（2）實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)室加速老化測試既選擇了GB/T8814中規(guī)定的氙燈試驗(yàn)方法，也參照VSI測試條件及ASTMG154標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了紫外老化試驗(yàn)。具體的試驗(yàn)條件如表1、表2所示。

表1 氙燈加速老化試驗(yàn)條件

表2 紫外加速老化試驗(yàn)條件

按照表1中的試驗(yàn)條件，氙燈試驗(yàn)分別在192h、288h、384h、576h和768h測試樣品的顏色變化。按照表2中的試驗(yàn)條件，紫外試驗(yàn)分別在96h、192h、288h和384h測試樣品的顏色變化。

3. 試驗(yàn)結(jié)果

（1）戶外曝曬結(jié)果

在烏魯木齊、福州和格爾木曝曬24個(gè)月后，樣品發(fā)生的顏色變化如圖1、圖2和圖3所示。圖4是16號(hào)樣品在烏魯木齊、福州和格爾木的不同曝曬時(shí)間發(fā)生的顏色變化。

通過觀察樣品的顏色變化，及圖4中16號(hào)樣品在不同曝曬時(shí)間發(fā)生的顏色變化，發(fā)現(xiàn)在戶外曝曬24個(gè)月樣品的顏色變化沒有曝曬18個(gè)月的顏色變化厲害。在測試樣品顏色變化的同時(shí)，我們也觀察了樣品的粉化情況，所有樣品都未出現(xiàn)粉化狀況。樣品的顏色變化出現(xiàn)這種情況，可能與戶外污染物有關(guān)，曝曬的時(shí)間越長，樣品表面的灰塵等污染物對試驗(yàn)結(jié)果的影響越大。

除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)彩色樣品 （樣品編號(hào)為：3號(hào)，10號(hào)，11號(hào)，12號(hào)，20號(hào)，22號(hào)，23號(hào)，24號(hào)，27號(hào)）相比白色樣品顏色變化很小，老化性能較好。

圖1 樣品在烏魯木齊曝曬后的顏色變化

圖2 樣品在福州曝曬后的顏色變化

圖3 樣品在格爾木曝曬后的顏色變化

圖4 第16號(hào)樣品在戶外不同曝曬時(shí)間發(fā)生的顏色變化

根據(jù)所得測試結(jié)果的數(shù)據(jù)，我們還計(jì)算了烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)rs(spearman相關(guān)系數(shù))，如表3、表4和表5所示。該相關(guān)系數(shù)指的是利用兩種不同的測試方法或在兩個(gè)不同的曝曬地點(diǎn)對一組樣品進(jìn)行測試，所得試驗(yàn)結(jié)果之間的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)rs的計(jì)算公式為：rs=1-6∑d2i/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的個(gè)數(shù)，di指的是兩列排序中每一組排位數(shù)之間的差值。

從表3、表4和表5發(fā)現(xiàn)，戶外曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。3個(gè)不同曝曬地點(diǎn)、不同曝曬時(shí)間之間的相關(guān)系數(shù)絕大多數(shù)都大于0.70，在福州曝曬12個(gè)月和曝曬18個(gè)月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.95。

表3中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.81，說明烏魯木齊與福州曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表4中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.81，說明烏魯木齊與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表5中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.79，說明烏福州與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表3 烏魯木齊與福州曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

表4 烏魯木齊與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

表5 福州與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

（2）氙燈加速老化試驗(yàn)結(jié)果

使用氙燈試驗(yàn)箱對以上27個(gè)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)。樣品的顏色變化如圖5所示。

圖5 氙燈試驗(yàn)箱中樣品的顏色變化

從圖5發(fā)現(xiàn)，氙燈試驗(yàn)箱中樣品的顏色變化一般是隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加而變大。而且同戶外曝曬一樣，也是彩色樣品 （樣品編號(hào)為：3號(hào)，10號(hào)，11號(hào)，12號(hào)，20號(hào)，22號(hào)，23號(hào)，24號(hào)，27號(hào)）顏色變化較小，老化性能較好。

按照上面提到的相關(guān)性計(jì)算公式，我們計(jì)算了氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)性，如表6所示。

從表6發(fā)現(xiàn)，氙燈試驗(yàn)與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且隨著試驗(yàn)時(shí)間的增長，氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)在變大。除了曝曬192小時(shí)，氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)性較好，大部分相關(guān)系數(shù)都大于0.70。在氙燈試驗(yàn)箱中曝曬較短時(shí)間，如192小時(shí)，與戶外曝曬之間的相關(guān)性之所以不是很好，是因?yàn)榇藭r(shí)大部分樣品的顏色變化都比較小，還沒有最終區(qū)分出哪些樣品容易發(fā)生顏色變化，哪些樣品不容易發(fā)生顏色變化。

表6 氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)性

根據(jù)圖1、圖2、圖3和圖5的顏色變化數(shù)據(jù)可知，在氙燈試驗(yàn)箱中測試768小時(shí)，其樣品的顏色變化沒有戶外曝曬24個(gè)月的顏色變化大。所以我們以在氙燈試驗(yàn)箱中測試768小時(shí)樣品發(fā)生的顏色變化為基準(zhǔn)，分別計(jì)算每種樣品在氙燈試驗(yàn)箱中的顏色變化相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬多少個(gè)月，然后取其算術(shù)平均值。計(jì)算結(jié)果表明，在氙燈試驗(yàn)箱中測試768小時(shí)相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木大概6個(gè)月。此時(shí)氙燈試驗(yàn)與烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.87、0.70和0.82，平均值為0.80。

（3）紫外加速老化試驗(yàn)結(jié)果

使用QUV紫外試驗(yàn)機(jī)對27種樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)。樣品的顏色變化，如圖6所示。

圖6QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中樣品的顏色變化

從圖6發(fā)現(xiàn)，在QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中，樣品的顏色變化一般是隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加而變大，而且同戶外曝曬和氙燈試驗(yàn)一樣，也是彩色樣品 （樣品編號(hào)為：3號(hào)，10號(hào)，11號(hào)，12號(hào)，20號(hào)，22號(hào)，23號(hào)，24號(hào)，27號(hào)）顏色變化較小，老化性能較好。

同樣地，我們也計(jì)算了QUV紫外試驗(yàn)機(jī)與戶外曝曬之間的相關(guān)性，如表7所示。

表7QUV紫外試驗(yàn)機(jī)與戶外曝曬之間的相關(guān)性

從表7發(fā)現(xiàn)，QUV紫外試驗(yàn)機(jī)與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且大部分相關(guān)系數(shù)都大于0.70，在QUV中曝曬384小時(shí)與在烏魯木齊曝曬12個(gè)月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.89。

根據(jù)圖1、圖2、圖3和圖6的顏色變化數(shù)據(jù)可知，在QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中測試384小時(shí)，其樣品的顏色變化比戶外曝曬24個(gè)月的顏色變化大。而且前面我們提到在戶外曝曬24個(gè)月樣品的顏色變化沒有曝曬18個(gè)月的顏色變化厲害。所以我們以在戶外曝曬18個(gè)月時(shí)樣品發(fā)生的顏色變化為基準(zhǔn)，分別計(jì)算每種樣品在QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中測試多少小時(shí)的顏色變化相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬18個(gè)月，然后取其算術(shù)平均值。計(jì)算結(jié)果表明，在QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中測試192小時(shí)左右相當(dāng)于烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬18個(gè)月。此時(shí)紫外試驗(yàn)與烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.81，0.80和0.70，平均值為0.77。

三、結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)室加速老化與戶外自然曝曬對比試驗(yàn)，我們得出如下結(jié)論：

戶外曝曬會(huì)受到很多環(huán)境因素的影響，如樣品表面的灰塵等污染物對樣品顏色變化數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。樣品在戶外曝曬24個(gè)月的顏色變化沒有曝曬18個(gè)月的顏色變化厲害，可能就與樣品表面的灰塵有關(guān)。

戶外曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。3個(gè)不同曝曬地點(diǎn)、不同曝曬時(shí)間之間的相關(guān)系數(shù)絕大多數(shù)都大于0.70，在福州曝曬12個(gè)月和曝曬18個(gè)月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.95。

氙燈試驗(yàn)與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且隨著試驗(yàn)時(shí)間的增長，氙燈試驗(yàn)與戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)在變大。而且經(jīng)計(jì)算所得，在氙燈試驗(yàn)箱中測試768小時(shí)相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木大概6個(gè)月。此時(shí)氙燈試驗(yàn)與3個(gè)戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)的平均值為0.80。

QUV紫外試驗(yàn)機(jī)與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且經(jīng)計(jì)算所得，在QUV紫外試驗(yàn)機(jī)中測試192小時(shí)左右相當(dāng)于烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬18個(gè)月。此時(shí)紫外試驗(yàn)與3個(gè)戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)的平均值為0.77。這就說明，使用QUV紫外試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加速試驗(yàn)不但與戶外曝曬之間的相關(guān)性好，而且可以更快地得到測試結(jié)果，大概是氙燈試驗(yàn)加速倍率的12倍。所以可以采用紫外加速老化試驗(yàn)方法用于門窗用PVC型材的耐候老化測試研究。

[1]GB/T8814門、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材

[2]張恒.QUV和Q-Sun兩種有效測試耐候性和光穩(wěn)定性方法的比較.汽車工藝與材料，2006年第8期