高分子材料耐候性試驗中的紫外輻射測定方法研究

鄧潤芝

(通標標準技術服務(上海)有限公司,上海 201319)

高分子材料耐候性試驗中的紫外輻射測定方法研究

鄧潤芝

(通標標準技術服務(上海)有限公司,上海 201319)

高分子材料在使用的過程中,會受到太陽光紫外輻射的破壞,對高分子材料的耐候性會產生極大的影響,對高分子材料的紫外輻射測定也成為評定材料的重要指標之一,并且,能夠通過這項測定數值能夠了解大氣老化與人工加速老化結果之間的相關性,對高分子材料的發展研發有著重大的意義。

高分子材料 耐候性 紫外輻射 測定方法

現階段，很多高分子材料經常應用于戶外，會受到溫度、太陽光、大氣污染、臭氧、濕度等因素的影響，致使材料的使用壽命縮短。為了研究高分子材料使用的紫外輻射數值，作者主要對高分子材料耐候性試驗中的紫外輻射測定方法進行分析。

1　紫外輻射測定方法在高分子材料耐候性試驗中的意義分析

在科技不斷發展的過程中，高分子材料的發展也極為迅速，應用領域也極為廣泛，為了測定和延長高分子材料的使用壽命，需要采用正確的測定方法[1]。紫外輻射測定方法主要是根據高分子材料的老化特征，對材料的破壞因素進行模擬，并找到影響高分子材料老化的主要原因，從而實現對高分子材料耐候性的試驗。利用紫外輻射測定方法進行高分子材料耐候性試驗，可以更快的對高分子材料的使用壽命進行評定，而且，也引起了國內外很多科學工作者的重視，對高分子材料的開發以及利用有著深遠的意義。

另外，高分子材料耐候性的試驗也取得了一定的成績，例如，英國曾經開設近30個試驗點，并組織多人對聚苯醚薄膜露光劑進行紫外輻射觀測，通過持續三年的試驗觀測更近一步的了解高分子材料的耐候性。我國也曾組織20多個單位對高分子材料的耐候性進行試驗，也取得了一定的成績，這對我國高分子材料的發展和研究都有著一定的意義，更能有效的估算高分子材料的使用壽命。

2　高分子材料耐候性試驗中的紫外輻射測定方法研究

2.1塑料露光測定法

塑料露光測定法是對高分子材料耐候性試驗的重要方法之一，當然，在近些年的發展中，由于采用塑料露光測定法的形式不同，測定過程也有著一定的差別[2]。例如，在法國巴黎研究中心，在進行塑料露光法對高分子材料耐候性試驗的過程中，曾用未經穩定的純聚乙烯薄膜作為露光劑，聚乙烯在受到紫外輻照下，測定出羰基的生成量與聚乙烯受到輻照時間的關系，從測定結果來分析兩者之間主要呈現出近似直線相互關系。另外，在一些塑料露光測定法的試驗中，還曾采用聚甲基丙烯酸甲酯作為試驗的露光劑，在經過20小時后的紫外輻照下，測定受光量與透過率的變化關系，兩者之間呈正比例變化。除此之外，還有采用純聚苯醚等材料作為露光劑的，無論是采用何種材料來做塑料露光測定中的露光劑，都可以通過分光光度計來對材料受到輻照前后的透光率進行評定，當然，在這個過程中，必須消除使用藍色色標的誤差，否則將會對塑料露光測定的近似度產生一定的影響，而且，測定的結果還會存在一定的重復性。另外，在采用塑料露光測定法進行高分子材料耐候性試驗的過程中，也存在一些缺點，如，很難形成標準的聚合物，而且，輻照時間與光密度之間也很難測定出準確的線性關系。因此，在采用塑料露光測定法時，要適當的選擇使用。

2.2紫外輻射測定法

紫外輻射測定法主要是運用太陽光譜紫外成份儀器的原理，將紫外輻射轉換成測定的可見光，從而實現對測定過程的記錄，進一步了解高分子材料的耐候性[3]。紫外輻射所使用的儀器主要由發光轉變器、接收擴散器、曬光電管、傳送器等部分組成，其中傳送器需要采用半球形外罩對其實施防護，同時也是保證全部光線從不同角度入射并聚集。入射光在經過干擾濾波器過濾之后，將狹窄譜帶的紫外成分以及一些小部分近紅外輻射之外的光纖全部過濾，確保入射光線的標準，將其入射到熒光的材料上，轉變為曬光電管輻射，并根據輻射結果對高分子材料的耐候性進行分析，從而了解高分子材料的耐候性。當然，在紫外輻射測定的整個過程中需要注意的是，紫外輻射儀器會受到周邊環境溫度的影響，會造成儀器的時間靈敏度發生下降的現象，對測定結果的可靠性造成極大的影響。

2.3化學露光法

在利用紫外輻射測定方法對高分子材料耐候性實驗中，化學露光法是較為常用的測定方法之一，主要包括草酸雙氧鈾露光法、碘化氫露光法、草酸鐵露光法、溴化氫露光法等，相對來說草酸鐵露光法和草酸雙氧鈾露光法應用極為普遍。

在采用草酸鐵作為露光劑時，主要根據三價鐵離子還原二價鐵的原理，從252至568毫微米的寬度波長范圍內進行測定，相對來說，這個波長范圍內較為敏感，更有利于對高分子材料耐候性的測定[4]。在采用草酸雙氧鈾作為露光劑進行測定的過程中，與草酸鐵不同的是要從202至432毫微米的波長范圍內進行測定，在這個范圍內進行紫外輻射，當然，這種測定方式在應用的過程中也是有著一定的限制，必須滿足ROCT16948-71的國家標準，否則，在測定過程中將會出現不同程度的誤差，對測定結果也會產生極大的影響。

2.4積算照度測定法

積算照度測定法主要源于日本，早些年日本將計算照度測定法廣泛應用到檢測部門，而且，這種測定裝置可以對大氣老化和人工加速老化時的紫外輻射量進行測定，主要通過對可見光、紫外線、紅外線等輻射量的測定，并按照日月年的積算方式來對其進行整體的測定[5]。將該種方法應用在高分子材料耐候性試驗測定中，應結合實

············際的測定情況對測定設備進行不斷的改進和創新，避免適用性偏低對測定結果造成影響。另外，在1981年間，我國也針對計算照度測定法進行了深度的研究，同時也取得了一定的成績，研究出自動測量裝置，而且，經過多年的更新和完善，測量裝置也得到更好的完善，將其應用到高分子材料耐候性試驗中，對提高測定結果的準確性給予極大的幫助。

另外，在進行高分子材料耐候性試驗的過程中，還要注意不同氣候箱與自然試驗的差別。從某個角度來講，被試驗的材料在吸收入射光以及光能量的活化光譜和光譜成份后，就可以對比出同一種材料不同試驗結果之間的差異性，也是高分子材料耐候性的各項影響信息的關鍵。但是，在實際的試驗中卻存在還未能解決的問題，如，在自然老化以及人工氣候箱對同一種材料試驗的過程中，由于測定紫外輻射的方式不同，材料性能的變化程度也會存在顯著的差別，也就是說，高分子材料耐候性試驗中所使用的時間也會有著很大的差異性，例如，高壓聚乙烯在自然氣候環境下以及不同氣候箱內的獲取的數值差異性(如圖1所示)。從紫外輻射測定的角度上來講，在高分子材料耐候性試驗中進行的紫外輻射測定方法主要是為了測定高分子材料發生老化的一些因素，而由于紫外輻射成份、波長、純能量等因素的不確定，及時能夠測定出自然老化和人工老化速度之間的相關性，但是，對于高分子材料耐候性的應用價值也不高。因此，要結合實際的測定情況，對不同的測定方法進行改進和完善，提高測定結構的實際應用價值。

3　結語

高分子材料的應用極為廣泛，但是，在使用的過程中卻受到氣候環境的影響，經常會影響高分子材料的使用壽命，在近些年的發展中，為了提高高分子材料的使用壽命，需要對高分子材料的耐候性進行試驗，并從中發現影響因素。通過本文對高分子材料耐候性實驗中的紫外輻射測定方法分析，作者結合自身多年工作經驗，以及自身對紫外輻射測定方法的了解，主要從塑料露光測定法、紫外輻射測定法、化學露光法、積算照度測定法等幾方面進行分析，希望通過本文的分析，對提高高分子材料的試驗效果以及延長高分子材料的使用壽命和延緩材料老化給予一定的幫助。

[1]劉昌銀.用紫外線熒光燈作為光源的高分子材料人工加速曝露試驗裝置的試制[J].合成材料老化與應用,2013(03).

[2]冉奮,劉影,王翎任,劉卯成,張宣宣,范會利,宋海明,申魁文,孔令斌,康龍.反應溫度對隱甲錳礦型MnO2微納結構和超級電容性能的影響[J].功能材料,2015(01).

[3]王釗桐,趙養利.高分子材料耐候性試驗測試方法概述及評價指標的選擇[J].環境技術,2013(06).

[4]陳金愛,鄭玉梅,余雪輝.不同型號氙燈人工加速老化試驗[J].合成材料老化與應用,2012(03).

[5]袁宏輝,孫杏蕾,張恒.氙燈老化與自然曝曬測試所得顏料耐候性的相關性[J].中國涂料,2013(12).

圖1　高壓聚乙烯在自然氣候環境(σ)和不同氣候箱(α)所獲取的數值