1. 塑料在大氣中降解的主要因素

塑料在大氣環(huán)境中暴露的時間長短會造成損壞。 主要原因是: 光 (強度和數(shù)量), 水 (形態(tài)和數(shù)量 氣體，液體，固體), 和溫度(高低)。最重要的因素是由太陽能組成的光譜的紫外線。

 

由太陽能組成的光譜如下。到達地球表面的太陽能是從UVB到IRB的。UVB透玻璃窗時會被阻擋。太陽能輻射產(chǎn)生的紫外線速率很小，約為6.8%，但含有較高的能量，可以破壞塑料的化學鍵。

 

 

2. 什么是耐候性?

耐候性是指暴露在大氣中的穩(wěn)定性，可分為內(nèi)飾件用耐候性（通過玻璃阻擋紫外線，也不影響降雨,耐光性）和外飾件用耐候性。暴露在天氣中的各種塑料零件需要符合適當環(huán)境的耐候性能。特別是，在汽車外部零件的情況下，由于需要長期耐用性，需要高耐候性。

 

塑料制造商正在使用光穩(wěn)定劑來提高耐候性，特別是具有延緩由紫外線引起的塑料降解的效果。通常，使用紫外吸收劑和HALS（受阻胺光穩(wěn)定劑），也使用某些顏料和顏料的組合，以便有效地延緩降解。要檢驗光穩(wěn)定劑耐候性的提高，必須在實際環(huán)境條件下取得結(jié)果，但需要很長時間。為了檢查耐候性改進效果和質(zhì)量保證，有必要采用能夠縮短測試時間的測試方法。

 

3. 耐候性的測試方法

耐候性試驗方法主要分為人工光加速試驗和室外曝露試驗。

(1) 室外曝曬實驗

戶外暴露試驗正在各個地區(qū)進行，但一般來說，國際試驗方法所需的地區(qū)是佛羅里達州和亞利桑那州。佛羅里達州有一個標準的，恒定的氣候，而亞利桑那州的特點是高強度輻射和大白天范圍干燥的氣候。在韓國瑞山有一個家庭戶外暴露場所，可以看到海水和海風的影響。著名的國際戶外暴露測試地點有華雷斯、墨西哥、澳大利亞昆士蘭、巴西克魯茲阿爾塔和日本沖繩。

 

 

汽車工業(yè)通常需要兩年以上的戶外暴露試驗，用于確定結(jié)果是否符合質(zhì)量標準。在基于溫帶氣候的2年戶外暴露試驗中，紫外線暴露總量約為500 MJ/㎡（300~400 nm）。然而，室外暴露試驗不能輕易地確保再現(xiàn)性，因為實際天氣并非每年都是恒定的。此外，在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，兩年是一個很長的時間段，因此為了縮短長時間的戶外曝光測試時間，設計并使用了太陽跟蹤裝置和冷凝裝置。

 

(2) 加速實驗方法

與室外暴露試驗相比，加速試驗使用耐候性試驗機來縮短試驗周期并實現(xiàn)可重復的環(huán)境條件。風化試驗機由人工光源、濕度控制器、溫控室、噴霧部組成，可重復測試相同的環(huán)境條件。

 

根據(jù)人工光源的類型，加速試驗方法可分為四種類型，如下所示。由于碳弧光源(Carbon arc)與實際太陽光光譜存在較大差異，近年來使用較少。一般來說，與太陽光譜相似的氙弧光源(Xenon arc)被使用得最為頻繁。用熒光法(Fluorescence)評價了對紫外輻射的影響，具體方法是僅用短波紫外輻射。金屬鹵化物光源(Metal-halide)指定為提高紫外線強度幾倍，縮短測試周期，可測試290~400（nm）的紫外線，輻照度100~3,000（w/㎡）。

 

 

(3) 氙弧風化試驗機

在加速試驗方法的情況下，引入比自然更高的輻照度（w/m2）以提高加速度，并增加試驗的嚴重性，并采用控制紫外線截止的方法，以包括到達地球表面的比紫外線波長低的波長。通過其他各種條件（溫度、循環(huán)等）的組合，它反映了自然條件和加速條件。中午時，自然現(xiàn)象的輻照度最大值為0.68W/㎡@340 nm（CIE Publicaion 85表4）。當必須增加輻照度時，必須考慮試驗，以免由于試樣表面的溫度升高而使試驗結(jié)果失真。人造光產(chǎn)生的短波（紫外區(qū)域）無法到達地球表面，可以使用濾光片選擇性地調(diào)整到紫外區(qū)域。組合濾光片的紫外線截止效果如下圖所示。較短的波長具有較高的能量，因此它可以很容易地打破聚合物的化學鍵，但可能會導致不真實的大氣現(xiàn)象。太陽光截止位置最相似的濾光片是cira/蘇打石灰(Soda lime)，到達地球表面的波長只有295nm以上。對于根據(jù)SAE J2412和SAEJ2527試驗方法擴展的紫外線濾光片，截止位置為285 nm，與由內(nèi)外“S”型硼硅酸鹽組成(Type SBorosilicate) 的濾光片相同。SAE J2527日光過濾器切斷位置與CIRA/蘇打石灰相同。

 

 

(4) 耐候性試驗方法

下表是在室外暴露和加速試驗方法之間組織的，并根據(jù)通用國際標準進一步分為外部/內(nèi)部，以及已使用的各種規(guī)范，如汽車制造商的規(guī)范。每個規(guī)范之間都存在差異，例如過濾器和循環(huán)。

 

 

(5) 戶外暴露與加速試驗的相關性

如果使用相同的紫外線量推導與實際性質(zhì)要求的使用壽命相對應的試驗周期，則無法獲得真實結(jié)果。因為影響現(xiàn)象不發(fā)生在實際的自然界中，由于惡劣的條件促成了結(jié)果。最近在韓國，RS-KRICT-009（產(chǎn)業(yè)部公告2014-612）由SAE J1960和SAE J2527的替代試驗法開發(fā)，以縮短試驗時間并增加試驗方法之間的相關性。該方法可將SAE J1960/J2527的測試時間縮短一半。驗證戶外暴露試驗方法的項目正在進行中。

 

 

• 360 分鐘/周期, 4周期/日

• 每周單位累計紫外線光量 ：50 MJ/㎡(熱帶), 40 MJ/㎡(溫帶), 30 MJ/㎡(冷帶)

• 每6個星期單位累計紫外線光量 ：300 MJ/(熱帶), 240 MJ/㎡(溫帶), 180 MJ/㎡(冷帶)

?6個星期測試 ≒ 與一年的戶外曝光試驗相似的條件(加速度約為9倍)

 

4. 耐候性牌號

(1) KEPITAL® (POM)

Kepital FXX-52、FXX-52G改善了室內(nèi)應用的耐候性能。除了基本的自然色外 ， 它還用于各種顏色。

 

下圖是根據(jù)SAE J2412（J1885）方法由加速風化試驗機進行風化試驗后顏色變化的結(jié)果。顏色變化低于標準等級。

 

 

Kepital FXX-51、FXX-51U采用黑色，改善了耐候性能，適用于外部零件。下圖顯示了根據(jù)SAEJ2527（J1960）方法由加速風化試驗機進行風化試驗后的顏色變化結(jié)果。

 

 

備注. 標記 ‘xx’的產(chǎn)品是有同種系列的產(chǎn)品

 

(2) KEPEX® (Polyester)

KEPEX 3500SAU是一種高韌性、耐候的PBT材料，在內(nèi)飾和外飾都具有優(yōu)異的性能。根據(jù)SAEJ2412（J1885）的內(nèi)飾標準和SAE J2527（J1960）的外飾標準，試驗結(jié)果如下：

 

3500SAU (顏色: 黑)

KEPEX 37xxGF由于PBT/PET樹脂中含有多種玻璃纖維而增強了強度，還具有耐候性。

 

37xxGF ΔE* & 灰階 [SAE J2527(≒ J1960)]

KEPEX 3930GFUBK是PBT/ASA玻璃纖維增強耐候等級，顯示ΔE*低于3，根據(jù)外飾零件標準SAEJ2527（J1960）在2500 kJ/㎡@340nm能量輻照后測試。

 

(3) KEPAMID® (Polyamide)

KEPAMID 1500SFU和2300SFU是基于聚酰胺樹脂具有抗沖擊和耐候牌號，1500SFU是基于PA6的，2300SFU是基于PA66的樹脂

1500SFU & 2300SFU 灰階[SAE J2412 (≒J1885)]

KEPAMID 1xxxGFU是玻璃纖維增強的耐候PA6牌號，具有以下耐候性能：

 

1350GFU (顏色r: 黑色)

 

1533GFU Gray-scale (SAE J2412 (≒J1885))

KEPAMID 1340GM8 UBK是GF/MF增強PA6耐候性牌號，根據(jù)外部部件耐候性試驗標準SAE J2527（J960），在340nm能量輻照下，ΔE*低于3，灰階為4。