不同對色方法對聚苯乙烯標準塑料片老化測試結果的影響

余小鴿

(金發科技股份有限公司,廣東廣州 510663)

氙燈暴露試驗是非金屬材料的人工氣候老化試驗最主要也是最廣泛采用的方法。氙燈暴露試驗方法能較全面地模擬自然氣候條件的綜合影響。這些條件包括光、溫度、噴水、亮暗交替等,其中最主要的因素是光,光強度在試驗過程中是否正確、穩定直接影響試驗結果,那么,怎么衡量光強度是否正確、穩定？另外,怎么衡量試樣暴露之后的結果？為了解決這些問題,美國汽車工程協會(SAE)規定使用的一種特制的透明苯乙烯塑料片,聚苯乙烯標準塑料片曝露后的Δb*(黃變)與其經受的輻照量有確定的關系。在此,怎么衡量試樣暴露之后的結果顯得尤為重要。

本次試驗中,研究了聚苯乙烯標準塑料片在經受一定輻照劑量的曝露后,用透射法和反射法分別測得聚苯乙烯標準塑料片的L、a、b值,通過對比兩種對色方法數據,確定合適的評價聚苯乙烯標準塑料片老化后的評價方法。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

聚苯乙烯標準塑料片(PS)；氙燈人工試驗箱,水冷式:美國,ATLASCI4000；色差儀:美國,GretagMacbeth ColorEye 7000A。

1.2 試驗條件

聚苯乙烯標準塑料片一般在標準SAE J1960 或SAE J1885 規定的試驗中用來監控氙燈暴露試驗設備是否運行正常。本次試驗將聚苯乙烯標準塑料片裝在試驗架中并放置在緊鄰黑板溫度計的位置上,在SAE J1885 老化條件下,經過1 天、3 天、5 天曝露,取出聚苯乙烯標準塑料片,在色差儀測量L、a、b值。試驗條件見表1。

表1 SAE J1885 試驗條件Table 1 SAE J1885 test conditions

1.3 顏色測量和色差計算方法

按GB/T 3979-1997 和GB/T 7921-1997 進行,測量條件為D65 標準光源,10°視角,選用CIELAB 色差公式。

透射法:將設備調整至透射模式,將色差儀透射模式下校準用的透射白板至于反射模式時樣本位置,對聚苯乙烯標準塑料片進行測量。

反射法:將設備調整至反射模式,將色差儀反射模式下校準用的白板墊于聚苯乙烯標準塑料片之下進行測量。

2 結果與討論

2.1 L、a、b值比較

表2 和表3 為聚苯乙烯塑料板在SAE J1885 老化條件下,經過1 天、3 天、5 天曝露,所測得的顏色數據。

表2 聚苯乙烯標準塑料片顏色測量（反射法）Table 2 Polystyrene plastic sheet color measurement (treflection method)

表3 聚苯乙烯標準塑料片顏色測量(透射法)Table 3 Polystyrene plastic sheet color measurement (transmission method)

從表2 和表3的數據可以看出:1)對于L值而言,反射法測得的數據比透射法要大,大概是3 個點左右。而對比L值下降的幅度來看,下降的幅度則是透射法比反射法要大,反射法5 天的L值和原始L值相比,差值為0.63,而透射法為2.3。2)對于a值而言,透射法測得的數據比反射法要大,大概是1 個點左右。而對比a值下降的幅度來看,下降的幅度兩者是相當的。3)對于b值而言,透射法測得的數據比反射法要大,大概是5個點左右。而對比b值增加的幅度來看,增加的幅度兩者是相當的。4)對于ΔE而言,透射法的增幅要比反射法大,呈現不規律的增長。

反射用標準白板L值為95.8,a值為-0.24,b值為2.72,對比反射法所得聚苯乙烯標準塑料片數據,發現反射法測得的數據與反射用標準白板的數據較為相近,這是因為用反射法測量聚苯乙烯標準塑料片時,因為校準用白板與聚苯乙烯標準塑料片是貼著的,所以數據受校準用白板影響較大。而在透射模式時,校準用透射白板與聚苯乙烯標準塑料片距離較遠,所以受透射白板影響小。

2.2 數學模型比較

將表2、表3的數據分析作圖,分別得到不同方法下L、a、b值線性關系圖,如圖1～圖5 所示。

圖1 2 種對色方法L值變化圖Fig.1 Lvalue change diagram of two color matching method

圖2 2 種對色方法a值變化圖Fig.2 avalue change diagram of two color matching methods

圖3 2 種對色方法b值變化圖Fig.3 bvalue change diagram of two color matching methods

圖4 2 種對色方法Δb值變化圖Fig.4 Δbvalue change diagram of two color matching methods

圖5 2 種對色方法ΔE值變化圖Fig.5 ΔEvalue change diagram of two color matching methods

從上圖可以看到,數據變化均有密集于某直線的趨向。因此,通過最小二乘法準則在老化時間和變化趨勢之間建立線性回歸關系。

反射法測得的L值線性回歸方程為:y=-0.209x+94.7,R2=0.996。

透射法測得的L值線性回歸方程為:y=-0.773x+92.49,R2=0.863。

反射法測得的a值線性回歸方程為:y=-0.115x-0.185,R2=0.98。

透射法測得的a值線性回歸方程為:y=-0.081x+0.83,R2=0.448。

反射法測得的b值線性回歸方程為:y=0.501x+2.705,R2=0.962。

透射法測得的b值線性回歸方程為:y=0.366x+8.27,R2=0.519。

反射法測得的Δb值線性回歸方程為:y=0.575x-0.2467,R2=0.955。

透射法測得的Δb值線性回歸方程為:y=0.56x-0.6467,R2=0.559。

反射法測得的ΔE值線性回歸方程為:y=0.625x-0.858,R2=0.965。

透射法測得的ΔE值線性回歸方程為:y=1.23x-2.433,R2=0.937。

從ΔE的變化趨勢上看,無論是透射法還是反射法測得的值都呈現一定的線性關系,這印證了可以采用聚苯乙烯標準塑料片做日常的設備狀態確認。

從線性回歸的相關因數上看,用反射法測得的L、a、b值線性關系較好,而透射法測得的a值線性關系最差。而對于聚苯乙烯標準塑料片而言,我們最重要的是考察它的Δb值得變化,從上述線性回歸方程來看,反射法測得的Δb值呈線性變化相關性較好。

反射法比透射法測得的數據線性相關性要好,這一點與上面討論的反射法中用到標準白板對聚苯乙烯標準塑料片的測試數據的影響大也是一致的。

3 結論

通過本次試驗,我們可以得到,用反射法測得的數據因受背板(標準白板)影響大,測得數據線性關系好,而透射法測得的數據線性關系差。在采用聚苯乙烯標準塑料片做日常的設備狀態確認時,采用反射法作為老化結果的評判更為合適。