高分子材料耐候性試驗(yàn)中的紫外輻射測(cè)定方法研究

鄧潤(rùn)芝

【摘 要】高分子材料在使用的過程中，會(huì)受到太陽光紫外輻射的破壞，對(duì)高分子材料的耐候性會(huì)產(chǎn)生極大的影響，對(duì)高分子材料的紫外輻射測(cè)定也成為評(píng)定材料的重要指標(biāo)之一，并且，能夠通過這項(xiàng)測(cè)定數(shù)值能夠了解大氣老化與人工加速老化結(jié)果之間的相關(guān)性，對(duì)高分子材料的發(fā)展研發(fā)有著重大的意義。

【關(guān)鍵詞】高分子材料 耐候性 紫外輻射 測(cè)定方法

現(xiàn)階段，很多高分子材料經(jīng)常應(yīng)用于戶外，會(huì)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(shù)值，作者主要對(duì)高分子材料耐候性試驗(yàn)中的紫外輻射測(cè)定方法進(jìn)行分析。

1 紫外輻射測(cè)定方法在高分子材料耐候性試驗(yàn)中的意義分析

在科技不斷發(fā)展的過程中，高分子材料的發(fā)展也極為迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也極為廣泛，為了測(cè)定和延長(zhǎng)高分子材料的使用壽命，需要采用正確的測(cè)定方法[1]。紫外輻射測(cè)定方法主要是根據(jù)高分子材料的老化特征，對(duì)材料的破壞因素進(jìn)行模擬，并找到影響高分子材料老化的主要原因，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高分子材料耐候性的試驗(yàn)。利用紫外輻射測(cè)定方法進(jìn)行高分子材料耐候性試驗(yàn)，可以更快的對(duì)高分子材料的使用壽命進(jìn)行評(píng)定，而且，也引起了國(guó)內(nèi)外很多科學(xué)工作者的重視，對(duì)高分子材料的開發(fā)以及利用有著深遠(yuǎn)的意義。

另外，高分子材料耐候性的試驗(yàn)也取得了一定的成績(jī)，例如，英國(guó)曾經(jīng)開設(shè)近30個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，并組織多人對(duì)聚苯醚薄膜露光劑進(jìn)行紫外輻射觀測(cè)，通過持續(xù)三年的試驗(yàn)觀測(cè)更近一步的了解高分子材料的耐候性。我國(guó)也曾組織20多個(gè)單位對(duì)高分子材料的耐候性進(jìn)行試驗(yàn)，也取得了一定的成績(jī)，這對(duì)我國(guó)高分子材料的發(fā)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(yàn)中的紫外輻射測(cè)定方法研究

2.1 塑料露光測(cè)定法

塑料露光測(cè)定法是對(duì)高分子材料耐候性試驗(yàn)的重要方法之一，當(dāng)然，在近些年的發(fā)展中，由于采用塑料露光測(cè)定法的形式不同，測(cè)定過程也有著一定的差別[2]。例如，在法國(guó)巴黎研究中心，在進(jìn)行塑料露光法對(duì)高分子材料耐候性試驗(yàn)的過程中，曾用未經(jīng)穩(wěn)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(cè)定出羰基的生成量與聚乙烯受到輻照時(shí)間的關(guān)系，從測(cè)定結(jié)果來分析兩者之間主要呈現(xiàn)出近似直線相互關(guān)系。另外，在一些塑料露光測(cè)定法的試驗(yàn)中，還曾采用聚甲基丙烯酸甲酯作為試驗(yàn)的露光劑，在經(jīng)過20小時(shí)后的紫外輻照下，測(cè)定受光量與透過率的變化關(guān)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(cè)定中的露光劑，都可以通過分光光度計(jì)來對(duì)材料受到輻照前后的透光率進(jìn)行評(píng)定，當(dāng)然，在這個(gè)過程中，必須消除使用藍(lán)色色標(biāo)的誤差，否則將會(huì)對(duì)塑料露光測(cè)定的近似度產(chǎn)生一定的影響，而且，測(cè)定的結(jié)果還會(huì)存在一定的重復(fù)性。另外，在采用塑料露光測(cè)定法進(jìn)行高分子材料耐候性試驗(yàn)的過程中，也存在一些缺點(diǎn)，如，很難形成標(biāo)準(zhǔn)的聚合物，而且，輻照時(shí)間與光密度之間也很難測(cè)定出準(zhǔn)確的線性關(guān)系。因此，在采用塑料露光測(cè)定法時(shí)，要適當(dāng)?shù)倪x擇使用。

2.2 紫外輻射測(cè)定法

紫外輻射測(cè)定法主要是運(yùn)用太陽光譜紫外成份儀器的原理，將紫外輻射轉(zhuǎn)換成測(cè)定的可見光，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)定過程的記錄，進(jìn)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(fā)光轉(zhuǎn)變器、接收擴(kuò)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(duì)其實(shí)施防護(hù)，同時(shí)也是保證全部光線從不同角度入射并聚集。入射光在經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)，將其入射到熒光的材料上，轉(zhuǎn)變?yōu)闀窆怆姽茌椛?，并根?jù)輻射結(jié)果對(duì)高分子材料的耐候性進(jìn)行分析，從而了解高分子材料的耐候性。當(dāng)然，在紫外輻射測(cè)定的整個(gè)過程中需要注意的是，紫外輻射儀器會(huì)受到周邊環(huán)境溫度的影響，會(huì)造成儀器的時(shí)間靈敏度發(fā)生下降的現(xiàn)象，對(duì)測(cè)定結(jié)果的可靠性造成極大的影響。

2.3 化學(xué)露光法

在利用紫外輻射測(cè)定方法對(duì)高分子材料耐候性實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)露光法是較為常用的測(cè)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(duì)來說草酸鐵露光法和草酸雙氧鈾露光法應(yīng)用極為普遍。

在采用草酸鐵作為露光劑時(shí)，主要根據(jù)三價(jià)鐵離子還原二價(jià)鐵的原理，從252至568毫微米的寬度波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，相對(duì)來說，這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)較為敏感，更有利于對(duì)高分子材料耐候性的測(cè)定[4]。在采用草酸雙氧鈾作為露光劑進(jìn)行測(cè)定的過程中，與草酸鐵不同的是要從202至432毫微米的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行紫外輻射，當(dāng)然，這種測(cè)定方式在應(yīng)用的過程中也是有著一定的限制，必須滿足ROCT16948-71的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，否則，在測(cè)定過程中將會(huì)出現(xiàn)不同程度的誤差，對(duì)測(cè)定結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生極大的影響。

2.4 積算照度測(cè)定法

積算照度測(cè)定法主要源于日本，早些年日本將計(jì)算照度測(cè)定法廣泛應(yīng)用到檢測(cè)部門，而且，這種測(cè)定裝置可以對(duì)大氣老化和人工加速老化時(shí)的紫外輻射量進(jìn)行測(cè)定，主要通過對(duì)可見光、紫外線、紅外線等輻射量的測(cè)定，并按照日月年的積算方式來對(duì)其進(jìn)行整體的測(cè)定[5]。將該種方法應(yīng)用在高分子材料耐候性試驗(yàn)測(cè)定中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的測(cè)定情況對(duì)測(cè)定設(shè)備進(jìn)行不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，避免適用性偏低對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響。另外，在1981年間，我國(guó)也針對(duì)計(jì)算照度測(cè)定法進(jìn)行了深度的研究，同時(shí)也取得了一定的成績(jī)，研究出自動(dòng)測(cè)量裝置，而且，經(jīng)過多年的更新和完善，測(cè)量裝置也得到更好的完善，將其應(yīng)用到高分子材料耐候性試驗(yàn)中，對(duì)提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性給予極大的幫助。

另外，在進(jìn)行高分子材料耐候性試驗(yàn)的過程中，還要注意不同氣候箱與自然試驗(yàn)的差別。從某個(gè)角度來講，被試驗(yàn)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(duì)比出同一種材料不同試驗(yàn)結(jié)果之間的差異性，也是高分子材料耐候性的各項(xiàng)影響信息的關(guān)鍵。但是，在實(shí)際的試驗(yàn)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(duì)同一種材料試驗(yàn)的過程中，由于測(cè)定紫外輻射的方式不同，材料性能的變化程度也會(huì)存在顯著的差別，也就是說，高分子材料耐候性試驗(yàn)中所使用的時(shí)間也會(huì)有著很大的差異性，例如，高壓聚乙烯在自然氣候環(huán)境下以及不同氣候箱內(nèi)的獲取的數(shù)值差異性（如圖1所示）。從紫外輻射測(cè)定的角度上來講，在高分子材料耐候性試驗(yàn)中進(jìn)行的紫外輻射測(cè)定方法主要是為了測(cè)定高分子材料發(fā)生老化的一些因素，而由于紫外輻射成份、波長(zhǎng)、純能量等因素的不確定，及時(shí)能夠測(cè)定出自然老化和人工老化速度之間的相關(guān)性，但是，對(duì)于高分子材料耐候性的應(yīng)用價(jià)值也不高。因此，要結(jié)合實(shí)際的測(cè)定情況，對(duì)不同的測(cè)定方法進(jìn)行改進(jìn)和完善，提高測(cè)定結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖1 高壓聚乙烯在自然氣候環(huán)境（ ）和不同氣候箱（ ）所獲取的數(shù)值

3結(jié)語

高分子材料的應(yīng)用極為廣泛，但是，在使用的過程中卻受到氣候環(huán)境的影響，經(jīng)常會(huì)影響高分子材料的使用壽命，在近些年的發(fā)展中，為了提高高分子材料的使用壽命，需要對(duì)高分子材料的耐候性進(jìn)行試驗(yàn)，并從中發(fā)現(xiàn)影響因素。通過本文對(duì)高分子材料耐候性實(shí)驗(yàn)中的紫外輻射測(cè)定方法分析，作者結(jié)合自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，以及自身對(duì)紫外輻射測(cè)定方法的了解，主要從塑料露光測(cè)定法、紫外輻射測(cè)定法、化學(xué)露光法、積算照度測(cè)定法等幾方面進(jìn)行分析，希望通過本文的分析，對(duì)提高高分子材料的試驗(yàn)效果以及延長(zhǎng)高分子材料的使用壽命和延緩材料老化給予一定的幫助。

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