1. Sélection des conditions d'essai de vieillissement accéléré artificiel
Cette question peut en réalité être comprise comme celle de savoir quels facteurs de vieillissement doivent être simulés. Lors de l’utilisation de matériaux polymères, de nombreux facteurs environnementaux peuvent avoir un effet sur le vieillissement des matériaux polymères. Si les principaux facteurs provoquant le vieillissement sont connus à l’avance, la méthode de test peut être sélectionnée de manière ciblée.
Nous pouvons déterminer la méthode de test en considérant le transport, le stockage, l’environnement d’utilisation et le mécanisme de vieillissement du matériau. Par exemple, les profilés rigides en polychlorure de vinyle sont fabriqués à partir de polychlorure de vinyle comme matière première et additionnés d'additifs tels que des stabilisants et des pigments. Ils sont principalement utilisés en extérieur. Compte tenu du mécanisme de vieillissement du PVC, le PVC se décompose facilement lorsqu’il est chauffé ; compte tenu de l'environnement d'utilisation, l'oxygène, la lumière ultraviolette, la chaleur et l'humidité de l'air sont autant de causes du vieillissement du profil.
Par conséquent, la norme nationale GB/T8814-2004 « Profilés en polychlorure de vinyle non plastifié (PVC-U) pour portes et fenêtres » stipule non seulement la méthode de test de vieillissement par photooxygène, mais adopte également GB/T16422.2 « Source de lumière de laboratoire en plastique Test d'exposition" Partie 2 de la méthode : vieillissement de la lampe à arc au xénon pendant 4 000 h ou 6 000 h, simulant des facteurs tels que la lumière ultraviolette extérieure et la lumière visible, la température, l'humidité, les précipitations, etc., et stipule également les éléments de vieillissement thermique à l'oxygène : état après chauffage , placé à 150 degrés pendant 30 minutes, observation visuelle Vérifiez s'il y a des bulles, des fissures, des piqûres ou une séparation pour examiner la résistance thermique du profilé. Un autre exemple est un produit pour lequel mon pays est compétitif sur le marché international : les chaussures d'exportation du commerce extérieur. Lors de l'utilisation, les rayons ultraviolets du soleil sont la principale cause de décoloration et de décoloration des chaussures. Il est donc nécessaire d’utiliser une boîte à lumière UV pour tester leur résistance au jaunissement.
La chambre d'essai de résistance au jaunissement des chaussures couramment utilisée utilise une lampe UV de 30 W. L'échantillon est à 20 cm de la source lumineuse. Le changement de couleur est observé après 3 heures d'exposition. Dans le même temps, pendant le transport, l’environnement chaud, humide et hostile du conteneur provoquera une décoloration, des taches et même une détérioration des tiges, des semelles et de la colle des chaussures. Par conséquent, avant l’expédition, il est nécessaire d’envisager d’effectuer un test de vieillissement de résistance à la chaleur et à l’humidité pour simuler l’environnement de chaleur et d’humidité élevées dans le conteneur. Dans des conditions de 70 degrés et 95 % d’humidité relative, observez les changements d’apparence et de couleur après 48 heures de test.
2. Sélection de la source lumineuse pour le test de vieillissement artificiel accéléré
Test d'exposition à la source lumineuse en laboratoire : il peut simuler simultanément la lumière, l'oxygène, la chaleur, les précipitations et d'autres facteurs dans l'environnement atmosphérique visible dans une chambre d'essai. Il s’agit d’une méthode de test de vieillissement accéléré artificiel couramment utilisée. Parmi ces facteurs de simulation, la source lumineuse est relativement importante. L'expérience montre que les longueurs d'onde de la lumière solaire qui endommagent les matériaux polymères sont principalement concentrées dans la lumière ultraviolette et dans une certaine mesure de la lumière visible.
Les sources de lumière artificielle actuellement utilisées s'efforcent de rendre la courbe de répartition du spectre énergétique dans cette gamme de longueurs d'onde proche du spectre solaire. La simulation et le taux d'accélération constituent la base principale de la sélection des sources de lumière artificielle. Après environ un siècle de développement, les sources lumineuses de laboratoire comprennent les lampes à arc au carbone fermé, les lampes à arc au carbone de type solaire, les lampes fluorescentes ultraviolettes, les lampes à arc au xénon, les lampes au mercure haute pression et d'autres sources lumineuses parmi lesquelles choisir. Les comités techniques liés aux matériaux polymères de l'Organisation internationale de normalisation (ISO) recommandent principalement l'utilisation de trois sources lumineuses : les lampes solaires à arc au carbone, les lampes fluorescentes ultraviolettes et les lampes à arc au xénon.
01. Lampe à arc au xénon
On pense actuellement que la distribution spectrale de l'énergie des lampes à arc au xénon parmi les sources de lumière artificielle connues est très similaire à celle des parties ultraviolettes et visibles de la lumière solaire. En choisissant un filtre approprié, la plupart des rayonnements à ondes courtes présents dans la lumière solaire atteignant le sol peuvent être filtrés. Les lampes au xénon émettent un fort rayonnement dans la région infrarouge de 1 000 nm à 1 200 nm et génèrent une grande quantité de chaleur.
Par conséquent, un dispositif de refroidissement approprié doit être sélectionné pour évacuer cette énergie. Actuellement, il existe sur le marché deux méthodes de refroidissement pour les équipements de test de vieillissement des lampes au xénon : le refroidissement par eau et le refroidissement par air. D'une manière générale, l'effet de refroidissement des lampes au xénon refroidies à l'eau est meilleur que celui des lampes refroidies à l'air. En même temps, la structure est plus complexe et le prix est plus cher. Étant donné que l'énergie de la partie ultraviolette de la lampe au xénon augmente moins que celle des deux autres sources lumineuses, elle est la plus faible en termes de taux d'accélération.
02. Lampe UV fluorescente
Théoriquement, l’énergie des ondes courtes de 300 nm à 400 nm est le principal facteur provoquant le vieillissement. Si cette énergie est augmentée, des tests rapides peuvent être réalisés. La distribution spectrale des lampes UV fluorescentes est principalement concentrée dans la partie ultraviolette, ce qui permet d'atteindre des taux d'accélération plus élevés.
Cependant, les lampes UV fluorescentes augmentent non seulement l'énergie ultraviolette de la lumière naturelle du soleil, mais rayonnent également une énergie qui n'est pas présente dans la lumière naturelle du soleil lorsqu'elle est mesurée à la surface de la Terre, et cette énergie peut causer des dommages non naturels. De plus, à l'exception de la raie spectrale très étroite du mercure, la source de lumière fluorescente n'a pas d'énergie supérieure à 375 nm, de sorte que les matériaux sensibles à l'énergie UV de longueur d'onde plus longue ne peuvent pas changer comme ils le font lorsqu'ils sont exposés à la lumière naturelle du soleil. Ces défauts inhérents peuvent conduire à des résultats peu fiables.
Les lampes UV fluorescentes sont donc mal simulées. Cependant, en raison de son taux d'accélération élevé, un criblage rapide de matériaux spécifiques peut être obtenu en sélectionnant le type de lampe approprié.
03. Lampe à arc en carbone Sunlight
Les lampes à arc de carbone de type solaire sont actuellement rarement utilisées dans notre pays, mais elles sont des sources lumineuses largement utilisées au Japon. La plupart des normes JIS utilisent des lampes à arc au carbone de type solaire. De nombreux constructeurs automobiles de mon pays qui forment des coentreprises avec le Japon recommandent toujours l'utilisation de cette source lumineuse. La distribution spectrale de l'énergie de la lampe solaire à arc au carbone est également plus proche de celle de la lumière du soleil, mais les rayons ultraviolets de 370 nm à 390 nm sont concentrés et renforcés. La simulation n'est pas aussi bonne que la lampe au xénon, et le taux d'accélération se situe entre la lampe au xénon et la lampe ultraviolette.
3. Détermination du temps de test de vieillissement accéléré artificiel
1. Reportez-vous aux normes et réglementations de produits pertinentes
Les normes de produits pertinentes ont déjà stipulé la durée du test de vieillissement. Il nous suffit de trouver les normes pertinentes et de les exécuter dans les délais qui y sont spécifiés. De nombreuses normes nationales et industrielles l’ont stipulé.
2. Calcul basé sur des corrélations connues
La recherche montre que la stabilité de la couleur de l'ABS est évaluée par les changements de couleur et l'indice de jaunissement. Le vieillissement artificiel accéléré a une bonne corrélation avec l'exposition atmosphérique naturelle, et le taux d'accélération est d'environ 7. Si vous souhaitez connaître le changement de couleur d'un certain matériau ABS après un an d'utilisation en extérieur et utiliser les mêmes conditions de test, vous pouvez vous référer à le taux d'accélération pour déterminer le temps de vieillissement accéléré 365x24/7=1251h.
Depuis longtemps, de nombreuses recherches ont été menées sur les questions de corrélation au niveau national et international, et de nombreuses relations de conversion ont été dérivées. Cependant, en raison de la diversité des matériaux polymères, des différences dans les équipements et méthodes de test de vieillissement accéléré et des différences climatiques selon les périodes et les régions, la relation de conversion est compliquée. Par conséquent, lors de la sélection de la relation de conversion, nous devons prêter attention aux matériaux spécifiques, au vieillissement des équipements, aux conditions de test, aux indicateurs d'évaluation des performances et à d'autres facteurs qui déterminent la corrélation.
3. Contrôler la quantité totale de rayonnement de vieillissement artificiellement accéléré pour qu'elle soit équivalente à la quantité totale de rayonnement d'exposition naturelle
Pour certains produits qui n'ont pas de normes correspondantes et aucune référence de corrélation, l'intensité du rayonnement de l'environnement d'utilisation réel peut être prise en compte, et la quantité totale de rayonnement de vieillissement artificiellement accéléré doit être contrôlée pour être équivalente à la quantité totale de rayonnement d'exposition naturelle. .
Exemple : Comment contrôler la quantité totale de rayonnement due au vieillissement artificiel accéléré
Un certain produit en plastique est utilisé dans la région de Pékin et devrait contrôler la quantité totale de rayonnement due au vieillissement artificiellement accéléré pour qu'elle soit équivalente à un an d'exposition à l'extérieur.
Étape 1 : Étant donné que ce produit est un produit en plastique et est utilisé à l'extérieur, choisissez la méthode A dans GB/T16422.2-1996 "Méthodes de test d'exposition à la source lumineuse en laboratoire en plastique, partie 2 : Lampe à arc au xénon".
Les conditions de test sont : intensité d'irradiation 0,50 W/m2 (340 nm), température du tableau noir 65 degrés, température de la boîte 40 degrés, humidité relative 50 %, temps de pulvérisation d'eau/temps sans pulvérisation d'eau 18 min/102 min, lumière continue ;
Étape 2 : Le rayonnement annuel total à Pékin est d’environ 5 609 MJ/m2. Selon la norme internationale CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "Plastic Laboratory Light Source Exposure Test Methods" pour comparer la distribution spectrale des sources de lumière artificielle et de la lumière naturelle du soleil) Partie : Cité dans "Xenon Arc Lampe"); dont les régions ultraviolettes et visibles (300 nm ~ 800 nm) représentent 62,2 %, soit 3 489 MJ/m2.
Étape 3 : Selon GB/T16422.2-1996
Lorsque l'intensité d'irradiation à 340nm est de 0,50 W/m2, l'intensité d'irradiation dans les zones infrarouges et visibles (300 nm ~ 800 nm) est de 550 W/m2 ; le temps d'irradiation peut être calculé comme 3489X106/550=6.344X106s, soit 1762h. Selon cette méthode de calcul, le facteur d'accélération est d'environ 5. Le vieillissement naturel n'étant pas une simple superposition d'intensité d'irradiation, il est uniquement déterminé que la lumière du soleil est à l'origine du matériau.
4. Sélection d'indicateurs d'évaluation de performance pour le test de vieillissement artificiel accéléré
La sélection des indicateurs d'évaluation de performance est principalement considérée sous deux aspects : l'utilisation du matériau et les caractéristiques du matériau lui-même.
1. Déterminer l'indice d'évaluation en fonction de l'utilisation du matériau. Pour un même matériau, du fait de ses utilisations différentes, des indices d'évaluation différents peuvent être retenus. Par exemple, si la même peinture est utilisée pour la décoration, le changement de son aspect doit être pris en compte. Dans GB/T1766-1995 « Évaluation du vieillissement des revêtements de peinture et de vernis », les méthodes d'évaluation pour divers changements d'apparence tels que la brillance, le changement de couleur, le farinage et la finition dorée sont spécifiées en détail.
Pour certains revêtements fonctionnels, tels que les revêtements anticorrosion, un certain degré de changement de couleur et d'apparence est acceptable. À l'heure actuelle, lors de la sélection des indicateurs d'évaluation, les principales considérations sont sa résistance à la fissuration, son degré de poudrage, etc. Il s'agit également de chlorure de polyvinyle (PVC). S’il est utilisé pour fabriquer des tiges de chaussures, sa résistance au jaunissement doit être prise en compte. S'il est utilisé dans les tuyaux de descente de pluie, les exigences en matière de changement d'apparence ne sont pas élevées et les propriétés physiques et mécaniques du matériau changent, telles que la traction. Le changement de résistance à la traction est le principal indice d'évaluation.
2. Déterminez l'indice d'évaluation en fonction des caractéristiques du matériau lui-même. Pour un même matériau, différentes propriétés diminuent à un rythme inégal au cours du processus de vieillissement. Autrement dit, certains biens sont sensibles à l’environnement et se dégradent rapidement, ce qui constitue le principal facteur de dégâts matériels. Lors de la sélection des indicateurs d’évaluation, ces propriétés sensibles doivent être sélectionnées. La recherche montre que pour la plupart des plastiques techniques, la résistance aux chocs change considérablement et diminue considérablement lors des tests de vieillissement naturel.
Par conséquent, lors des tests de vieillissement des plastiques techniques, la priorité doit être donnée au choix de la diminution de la résistance aux chocs comme indice d'évaluation. La résistance aux chocs est également très sensible au vieillissement du polypropylène et constitue le principal indicateur d'évaluation des performances de vieillissement. Pour les matériaux polyéthylène, la diminution de l'allongement à la rupture est plus évidente et constitue l'indice d'évaluation prioritaire. Pour le polychlorure de vinyle, la résistance à la traction et la résistance aux chocs diminuent relativement rapidement, et l'une d'entre elles doit être sélectionnée pour être évaluée en fonction de la situation réelle.
Dans la norme nationale GB/T8814-2004 « Profilés en polychlorure de vinyle non plastifié (PVC-U) pour portes et fenêtres », le taux de rétention de la résistance aux chocs après vieillissement supérieur ou égal à 60 % est sélectionné comme indicateur de qualification ; dans la norme de l'industrie légère QB/T2480 -2000 Tuyaux et raccords d'eau de pluie rigides en polychlorure de vinyle (PVC-U) pour la construction, le taux de rétention de la résistance à la traction après vieillissement est supérieur ou égal à 80 % comme critère de qualification.