【值得收藏】一文读懂塑料耐候性如何测试如何评估塑料的户外性能

  原标题：【值得收藏】一文读懂塑料耐候性，如何测试，如何评估塑料的户外性能

  塑料是一种容易受环境气候因素影响的易于老化的材料。塑料的老化往往是由太阳辐射或水解作用引起的。评价塑料材料在户外光稳定性的方法之一是了解这些聚合物的键能，即打断其分子链所需要的能量。目前已经了解了许多聚合物的键能，如聚酯、ABS、PC、HIPS、PS、PVC、氯化PE、氯化PVC、PP、LLDPE和HDPE等。其它一些聚合物如PC、PA和丙烯酸类聚合物有时会受潮湿的影响，因为水解而造成分子链断裂。对塑料老化的了解使我们也可以预计材料在干燥、阳光充足的气候中和在潮湿、阳光不充足的气候中其颜色变化和冲击强度的保持率会有咋样的不同。目前，我们已得到很多种类聚合物材料的户外老化数据。

  穿过大气层后，太阳光中的真空紫外和波长小于0.28微米的紫外部分被大气吸收。紫外光的一部分，可见光和大部分的红外线透过大气到达地面。太阳光中的真空紫外部分能量较高，会引起显著的化学破坏，对应用于太空的聚合物

  材料来说要重点考虑，因为那里没有大气层来保护。太阳光中的红外部分能引起分子的振动，包括伸展、弯曲或旋转，或只是加热材料，很少直接造成化学破坏。在太阳光谱中，从紫外到可见光到近红外，很宽波段范围内的光能将某些化学结构激发到较高的电子激发态。虽然处于电子激发态时化学键会变弱，但通常不会发生化学变化。但是，如果紫外光被吸收的话，就有可能会使化学键断裂。对那些化学键易被打断的聚合物结构来说，这一光谱范围会延伸到红外部分。本研究中考察光能的吸收时会考虑试样的透明性、试样中所添加的二氧化钛等矿物质的存在，以确保这些材料能吸收光并将其传递给化学键。

  某些分子中的电子被激发后，分子会断裂成为自由基。这一过程中所吸收的能量称为键能。自由基攻击分子链会造成分子链断裂。目前很多分子的键能已经确定。从文献中得到各种聚合物材料的键能。表1汇总了不同化学结构及其键能，以及对应的包含这些结构的聚合物。根据这个表，可按照键的强弱将聚合物分类。最弱的聚合物是聚醚、ABS、PC/ABS、包含MBS和MABS的聚合物，HIPS，PS，ASA和ASM/EPDM；有数据表明ABS，ASA和SAN/EPDM对紫外降解很敏感。较强的聚合物包括PVC，CPE，CPVC，PP，LLDPE和HDPE；有数据表明，PVC的抗紫外性和耐水解性在聚合物中属于适中。这些聚合物一般都具备比较好的抗紫外性，但PC、PMMA、丙烯酸类聚合物、ASA、聚酯、聚酰氨和PET的耐水解性比较差。有数据表明丙烯酸类聚合物、ASA和PMMA对酸雨很敏感。通常，当化学键断裂后，聚合物的分子量会下降，这导致聚合物变脆。冲击强度的降低通常是塑料材料发生降解的一个好的指示。冲击强度的降低也会涉及到物理老化（退火），

  因此有时有必要进行其它测量来区分化学破坏和物理老化。那些包含酯、酰氨或碳酸盐的聚合物，会因为潮气水解而分子量下降，从而在潮湿环境中变脆，尤其是在酸雨环境中。

  分别在阳光充足的干燥环境和阳光不足的潮湿环境中比较乙烯类和丙烯酸类材料的环境耐久性能够获得很多信息。乙烯类材料的破坏是由于紫外光引起分子链断裂，而丙烯酸类材料则是由于潮湿引起了水解。图1表明了若干聚合物材料在敦煌（干燥环境）和海南（潮湿环境）中的颜色变化。乙烯类材料最大的颜色变化发生在敦煌，这表明其破坏是由紫外光引起的。乙烯类材料颜色变化主要体现在变黄，由于紫外光破坏引起的漂白作用。而丙烯酸类材料最大的颜色变化发生在海南，那里有比较多的雨水，其颜色变化主要体现在变浅，由潮湿引起的表面腐蚀造成的，也许是酯的水解造成的。

  耐冲击性是塑料材料老化中另一个重要的特征。它因材料的不同而有显著的不同。在悬臂梁冲击试验中，因为预先制好的缺口引发了试样的断裂，所以悬臂梁冲击试验主要测量的是断裂传播的能量。而对于落锤冲击试验，因为不存在引发试样断裂的缺口，所以测量的主要是启动断裂的能量。也正因为如此，其测量的结果往往比悬臂梁冲击测量结果大的多。乙烯基材料通常被认为是柔韧的，例如，增加冲击改良剂可以在很大程度上将材料的耐悬臂梁冲击性由脆性改为柔韧，并且其在断裂之前的拉伸伸长率通常会超过100％。ABS和丙烯酸类材料（冲击性能经改善的PMMA）通常被认为是脆性的，增加冲击改良剂通常不会将这些材料的耐悬臂梁冲击性由脆性改为柔韧，并且其在断裂之前的拉伸伸长率通常不会超过50％。

  另一个例子，对于没有涂覆的PVC和ABS，如果加入15％的二氧化钛，二者均有相当好的抗紫外线所示。从图中可以明显看出，ABS最初柔韧性较差，随后快速降解。这里，ABS相对于PVC来讲柔韧性较差，初始的冲击性能较差，并且ABS的结构，尤其是聚丁二烯，是比较弱的材料，对氧化比较敏感，受太阳辐照后冲击性能的保持率是很低的。在阳光充足并且干燥的气候中对不一样的种类白色材料的试验。白色的硬

  PVC颜色稍有变化，类似的有PMMA，半硬PVC复合材料和丙烯酸涂层，较差的有SAN/EPDM和ASA。后两种材料的结构中包含聚苯乙烯结构，这是一种接受太阳辐照后易发生变化的结构。耐候性涵盖抗紫外线

  塑料材料的耐候性能，在UL黄卡的认证项目里有体现，测试标准是UL746C户外使用评估。具体实际的要求如下：

  （1）阻燃等级；（2）拉伸强度/弯曲强度；（3）拉力冲击/简支梁冲击/悬臂梁冲击

  请注意，到这里我们仍旧是没有办法进行计算，这里的辐射总量是全谱图阳光的辐射量，而在其中我们真正要关注的是UV波段的辐射能量也就是（295nm-400nm），而这部分能量到底有多少呢？请记住一个神奇的数字16.7，经过科学家相当长的经验累积，UV波段的辐射能量接近于全谱能量的1/16.7，有数字为证通过这一个数字我们可以计算出相应区域的UV辐射能量，有了这个值，对应前面加速老化测试的辐射当量，60 W/m 2 （ISO 4892 2A），带入上面的公式，我们马上能得出一个重要模拟结论--模拟时间长度。

  尝试一下吧，比如在中国的中部地区，阳光的年辐射量在1200-1400 KWh/m 2 ，这样利用60W/m 2 Xenon的测试设备，模拟一年的户外条件，

  也就是需要1197.6小时，也就是90天的实验。是的，这才是重点，是否很多的户外测试报告，当他们在向你推荐1000小时测试数据时，你可完全微微一笑，然后告诉他们Too simple, Toonaïve了！拓展一下，如果亲们需要模拟10年的户外，那么在ISO4892 2A的测试条件下，起码也要搞个12000小时，也就是1.37年。。。。。。是的，这就是科学了。

  总而言之，大部分聚合物的耐候性已经由其化学键的强度预先决定，或者会因紫外光断裂或者会受潮湿和酸雨的作用发生降解。敦煌气候中紫外光引起的断裂比较突出，而海南气候中潮湿引起的水解破坏比较显著。若要提高聚合物的耐候性，好的混合技术也是很重要的。和其它聚合物材料相比，乙烯基材料通常具备比较好的耐候性。

  VIP会员推荐◆【金牌通】余姚市正明塑化有限公司 供应：PA6,PA66,PPS,PBT增强，阻燃，环保，耐磨，抗寒等系列改性材料，支持定制

  供：润滑剂 抗氧剂 成核剂 功能母粒 抗菌剂等系列新产品—（专注助剂领域十五年）

  ◆ 【金牌通】企业推荐宁波金合力创新材料有限公司 供应：PA6再生颗粒，PA66再生颗粒 需求：PA废丝、气囊布、渔网丝等废料

  ◆ 【金牌通】企业推荐瑞安市君诚塑胶制造有限公司 供应：PA6、PA66（增强尼龙、阻燃尼龙、增韧尼龙、各种颜色尼龙）

  ◆ 【金牌通】企业推荐江阴鑫凯舜尼龙有限公司 供应：PA66;PA6再生料;尼龙颗粒

  ◆ 【金牌通】改性降本增效首选-佛山嘉实环保科技有限公司供应消黄透明剂 溴锑协效阻燃剂 镭雕母粒 红磷抑制剂等助剂

  ◆ 【金牌通】宁波拓石复合材料有限公司供应各品牌玻璃纤维.无碱短纤副牌.无碱磨碎玻纤.尼龙66切片等

  ◆【品牌通】余姚百汇新材料有限公司供应：再生有光、半消光、全消光、布角，麻花丝.废丝造粒.尼龙新料，也销售POE增韧剂

  ◆【品牌通】苏州市隆卓塑化有限公司 供应：PA6布角，PA6废丝颗粒，新料PA6增强颗粒，定制每一种规格尼龙回料（大多数都用在注塑，改性，增强，增韧，阻燃等）◆ 【产业通】余姚市鑫港塑料有限公司供应：PA6布角，尼龙膜颗粒，废丝颗粒，新料PA6增强颗粒，注塑颗粒等

  ◆ 【产业通】山东博兴县日升塑化有限公司供应尼龙12，特种尼龙树脂材料，3D打印耗材-SLS微球尼龙粉体。

  ◆ 【产业通】气囊布颗粒行业领导者-金寨宏伟新材料有限公司供应PA66气囊布颗粒

  ◆ 【产业通】昌邑市明凡机械设备有限公司供应再生尼龙颗粒 、PA/PE颗粒、PBT 颗粒