来宾市兴宾区浅色橡胶辊复合材料紫外线老化测试ASTM D1148-13变质发黄褪色

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纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维以及其他纤维，比方有亚麻、棉或竹纤维等，与基体材料（树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料）等经过缠绕，模压或拉挤等形成的复合材料。光老化是评估复合材料在光照环境下耐老化性能的关键手段，通过模拟自然气候中的光照、温度、湿度等因素，加速复合材料老化的过程，预测其使用的寿命。目前紫外线老化测试、氙灯老化测试、碳弧灯老化测试是三种主流方法，其各自核心原理、适用场景以及标准都存在明显差异，我们就从“紫外线UV老化测试”开始学。 

荧光紫外线老化箱

一、纤维增强复合材料紫外线老化概念

将纤维增强复合材料试样暴露于紫外线辐射下（在实验室加速设备中，紫外线波段280-400期间），经过一定时间或能量后，对其外观、物理特性、耐化学试剂和力学性能的变化进行量化评估的一系列实验方法。其目的是了解材料的耐候性，预测其使用寿命，并为改进材料配方和工艺提供数据支持。

二、纤维增强复合材料紫外线老化测试方式

紫外线老化测试可以分为光照、冷凝和喷淋3种组合模式，来模拟自然环境中数年的老化效果。

2.1光照阶段用于模拟自然环境中的白天，光照时可以控制光照强度，通常设置为0.35W/㎡~1.35W/㎡（夏季正午太阳光照强度约0.55W/㎡），温度控制在50℃~85℃；

2.2冷凝阶段用于模拟夜晚样品表面结露的现象，冷凝阶段关闭荧光紫外灯（黑暗状态），只控制试验温度（40℃~60℃）和湿度（95%~*RH）；

2.3喷淋阶段通过向样品表面持续喷水模拟下雨的环境。

三、纤维增强复合材料紫外线老化测试光源类型

荧光紫外灯与普通用的照明灯比较类似，它主要是发出紫外光，使用荧光紫外灯再现太阳光的老化作用。常见的有UVA-340、UVA-351和UVB-313种灯管，所有类型的灯管都发出紫外光而不是红外光或可见光。由于这些灯管发出的能量和光谱分布不同，因而具体使用灯管应视应用条件而定。

3.1长波紫外灯(UVA灯)

UVA灯在发射300nm以下的光能低于输出光能的2%，在295nm的普通太阳光波长截止点以下几乎没有任何的紫外线输出，它们通常不像短波紫外线破坏材料那么快，但它们比较接近真实的户外老化。常见的有UVA-340、UVA-351两种灯管。

波长/nm

（图一）

UVA-340灯管的光谱分布和户外太阳光的紫外波段相近（如图一所示），一般用于常规户外产品的光老化试验。UVA-340灯管能发出从295～365nm之间的*接近太阳光的光谱，它的辐射峰值是在340nm。UVA-340灯对不同试验方法的测试对照具有较大的参考作用。 UVA-351灯管（图二）可以模拟透过玻璃窗户的太阳光的紫外线部分，主要用于室内产品的老化测试。

3.2短波紫外灯（UVB型灯管）

短波紫外线灯辐射波长低于295nm的非自然短波紫外线（如图二所示），使材料腐蚀得较快，常见的有UVB-313灯管。 UVB-313灯管的条件*为严格，能产生较高强度的紫外线，它们能够比UVA灯管更快地引起材料老化。UVB 灯管能够利用紫外线的短波段达到*快加速老化的目的，对特别经久耐用的材料的检测非常有用。

波长/nm

图二

3.3辐照度控制

大多数型号的紫外老化设备都装备有日光眼光强控制器，利用日光眼的反馈循环系统，可以连续自动地控制且地保持辐照度。日光眼能依靠调整灯的功率来自动补偿因灯管老化和其他因素造成的光强变化。由此可知，紫外老化设备的日光眼控制系统在保持光谱稳定性方面起到了至关重要的作用。

3.4潮湿模拟

荧光紫外线老化箱的水槽可以用来加热产生水蒸气，在相对较高的温度下，热蒸汽使测试室内保持较高的相对湿度。室内相对较冷的空气使得试验样品表面温度比测试室内热蒸汽温度低，这一温度差造成冷凝效应，在样品表面形成液态形式的水慢慢地凝结。使用荧光紫外线老化箱进行长时间的热和冷凝循环过程来模拟户外的潮湿现象，比使用溅水、浸水方法更有效。除了标准的冷凝效应外，荧光紫外线老化箱还可以用水喷淋来模拟雨水的影响，潮湿循环和紫外线照射同步地进行。

四、紫外线对纤维增强复合材料的影响

4.1光化学作用

紫外线辐射具有能量高，波长短的特点，能够激发复合材料分子中的化学键，导致分子结构发生变化。在紫外辐射下，复合材料中的光敏物质会吸收紫外光能量，产生自由基，引发一系列光化学反应。

这些化学反应包括：

1）光氧化反应：紫外线辐射使复合材料中的不饱和键断裂，产生自由基，自由基与氧分子反应，形成过氧化物。

2）光聚合反应：紫外线辐射使复合材料中的单体分子聚合，形成聚合物。

3）光降解反应：紫外线辐射使复合材料中的聚合物分解，产生小分子。

4.2光物理作用

紫外线辐射使复合材料分子结构发生变化，导致材料性能下降。光物理作用主要包括以下几种：

1）分子振动：紫外线辐射使复合材料分子振动增强，导致分子间相互作用力减弱。

2）分子转动：紫外线辐射使复合材料分子转动加剧，导致分子结构扭曲。

3）分子迁移：紫外线辐射使复合材料发生迁移，导致材料性能发生变化。

五、纤维增强复合材料紫外线老化后各项性能测试

在紫外线老化试验后，需要对复合材料的性能进行测试，比对，以评估其老化程度。

5.1外观检查

外观检查是通过观察材料样品的颜色、光泽、表面状态等变化，来评估其老化程度。

5.2.物理性能变化

紫外线辐射后使复合材料物理性能发生变化，通过以下几个方面来评估其老化程度：

1）力学性能：紫外线辐射导致复合材料力学性能下降，举例：拉伸强度、弯曲强度等；

2）热性能：紫外线辐射导致复合材料性能发生变化，举例：热膨胀系数、热稳定性等；

3）电性能：紫外线辐射导致复合材料电性能发生变化，比方绝缘电阻、介电常数等；

5.3化学性能变化

紫外线辐射导致复合材料化学性能发生变化，比方耐化学腐蚀性、耐溶剂性等来评估其老化程度。

六、纤维增强复合材料紫外线老化测试适用标准：

l 标准：

GB/T 16422.3-2022塑料 实验室光源暴露试验方法 第3部分：荧光紫外灯；

GB/T 16585-1996硫化橡胶人工气候老化(荧光紫外灯)试验方法；

GB/T 14522-2008机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法 荧光紫外灯；

GB/T 23987-2009 色漆和清漆涂层的人工气候老化暴露（荧光紫外灯和水），结合紫外灯和湿度测试；

l 美国标准：

ASTM G154-2016操作荧光紫外（UV）灯设备对非金属材料进行曝露的标准实践；

ASTM D4329-2021塑料荧光紫外曝露的标准实践；

ASTM D4587-11(R2019)涂层及相关产品荧光紫外-冷凝曝露的标准实践；

ASTM D1148-13橡胶变质的标准试验方法——浅色表面因紫外线（UV）或紫外/可见辐射和热曝露而变色；

ASTM C1442-14使用人工气候老化设备对密封剂进行测试的标准实践；

ASTM D925-14橡胶性能的标准试验方法—表面的污染（接触、迁移和扩散）；

l 美国纺织化学家与染色家协会：

AATCC 186-2015e2纺织品耐气候性:紫外光和湿态曝晒；

l 德国汽车行业标准：

VDA 232-201-2013 汽车内饰中的材料测试；有色材料；光稳定性测试；

l 日本标准：

JIS K 7350-3:塑料-实验室光源暴露方法-第3部分：荧光紫外灯；

l 国际标准：

ISO 4892-3：塑料 - 实验室光源暴露方法 - 第3部分：荧光紫外灯；

ISO 16474-3:2013色漆和清漆 — 实验室光源暴露方法 — 第3部分：荧光紫外灯；

l 国际自动机工程师学会标准：

SAE J2020：使用荧光紫外和冷凝装置加速暴露汽车外饰材料；

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深圳中翔检测技术有限公司，实验室位于特区深圳，专注于为客户提供金属材料制品，塑料橡胶制品，仓储货架，汽车零部件，轨道交通部件，紧固件，油漆涂料，电子元器件等产品的检验，鉴定，及研发等*技术服务，服务对象涉及基础工业，港口机械，物流仓储，新能源，汽车，电力设施，航空航天及教育科研等领域。中翔检测多年来扎根于珠三角，服务于，依托*的实验室技术人员，*的检测方法，协助客户解决研发，生产，验收，贸易等多个环节的技术问题。中翔检测作为一家独立，*，严谨，诚信的第三方检测机构，秉承着为客户提供服务的企业理念，是您值得信赖的合作伙伴。