1. 人工促進老化試験条件の選定
この問題は、実際にはどのような老化要因をシミュレートする必要があるかということとして理解できます。 ポリマー材料の使用中、気候環境の多くの要因がポリマー材料の老化に影響を与える可能性があります。 老化を引き起こす主な要因が事前にわかっていれば、的を絞った方法で試験方法を選択できます。
材料の輸送、保管、使用環境、劣化のメカニズムなどを考慮して試験方法を決定します。 たとえば、硬質ポリ塩化ビニルのプロファイルは、ポリ塩化ビニルを原料として作られ、安定剤や顔料などの添加剤が加えられます。 主に屋外で使用されます。 PVC の老化メカニズムを考慮すると、PVC は加熱すると分解しやすくなります。 使用環境を考慮すると、空気中の酸素、紫外線、熱、湿気などがプロファイルの老化の原因となります。
したがって、国家規格 GB/T8814-2004「ドアおよび窓用の非可塑化ポリ塩化ビニル (PVC-U) プロファイル」は、光酸素老化試験方法を規定するだけでなく、GB/T16422.2「プラスチック実験室用光源」も採用しています。 「暴露試験」方法の第 2 部: キセノンアークランプの 4000 時間または 6000 時間のエージング。屋外の紫外線および可視光線、温度、湿度、降雨量などの要素をシミュレートし、熱酸素エージング項目も規定: 加熱後の状態150度で30分間放置し、目視で観察し、気泡、クラック、ピッチング、剥離の有無を確認し、プロファイルの耐熱性を検査します。 もう一つの例は、我が国が国際市場で競争力を持っている製品、外国貿易輸出靴です。 使用中、太陽光に含まれる紫外線が靴の変色や色褪せの主な原因となります。 したがって、耐黄変性をテストするには UV ライトボックスを使用する必要があります。
一般的に使用される履物の耐黄変性試験室では、30W UV ランプが使用されます。 サンプルは光源から 20cm 離れています。 色の変化は 3 時間暴露後に観察されます。 同時に、輸送中のコンテナ内の高温多湿で過酷な環境により、靴のアッパー、ソール、接着剤の変色、シミ、さらには劣化が発生します。 そのため、出荷前にコンテナ内の高温高湿環境を模擬した耐高温高湿エージング試験を実施することを検討する必要があります。 70 度、相対湿度 95% の条件下で、48 時間のテスト後の外観と色の変化を観察します。
2. 人工促進老化試験の光源の選択
実験室光源暴露試験: 試験室内の大気可視環境における光、酸素、熱、降雨、その他の要因を同時にシミュレートできます。 一般的に使用される人工促進老化試験法です。 これらのシミュレーション要素の中で、光源は比較的重要です。 経験によれば、ポリマー材料に損傷を与える太陽光の波長は、主に紫外線と一部の可視光に集中しています。
現在使用されている人工光源は、この波長範囲のエネルギースペクトル分布曲線を太陽のスペクトルに近づけようとしています。 シミュレーションと加速率は、人工光源を選択するための主な基礎となります。 約 1 世紀にわたる開発を経て、実験室用光源には、クローズド カーボン アークランプ、太陽光型カーボン アークランプ、蛍光紫外線ランプ、キセノン アークランプ、高圧水銀ランプ、その他の光源が含まれています。 国際標準化機構 (ISO) の高分子材料に関する技術委員会は、主にソーラーカーボンアークランプ、蛍光紫外線ランプ、キセノンアークランプの 3 つの光源の使用を推奨しています。
01. キセノンアークランプ
現在、既知の人工光源の中でキセノンアークランプのスペクトルエネルギー分布は、太陽光の紫外線および可視部分に最も類似していると考えられています。 適切なフィルターを選択することで、地面に届く太陽光に含まれる短波放射のほとんどを除去できます。 キセノンランプは1000nm～1200nmの赤外領域の放射が強く、多量の熱を発生します。
したがって、このエネルギーを取り除くために適切な冷却装置を選択する必要があります。 現在、キセノンランプ老化試験装置の冷却方式としては、水冷式と空冷式の2種類が市販されています。 一般に、キセノンランプ素子は空冷式よりも水冷式の方が冷却効果が優れています。 同時に構造が複雑になり、価格も高くなります。 キセノンランプは他の2つの光源に比べて紫外部のエネルギー増加が少ないため、加速率が最も低くなります。
02. 蛍光UVランプ
理論的には、300nm～400nmの短波エネルギーが老化を引き起こす主な要因とされています。 このエネルギーが増加すると、迅速な検査が可能になります。 蛍光 UV ランプのスペクトル分布は主に紫外線部分に集中しているため、より高い加速率を実現できます。
しかし、紫外線蛍光灯は自然太陽光に含まれる紫外線エネルギーを増大させるだけでなく、地表で測定すると自然太陽光には存在しないエネルギーを放射し、このエネルギーが不自然な被害を引き起こす可能性があります。 さらに、非常に狭い水銀スペクトル線を除いて、蛍光光源は 375nm を超えるエネルギーを持たないため、より長波長の UV エネルギーに敏感な材料は、自然太陽光にさらされたときのように変化しない可能性があります。 これらの固有の欠陥により、信頼性の低い結果が生じる可能性があります。
したがって、蛍光 UV ランプは十分にシミュレートされていません。 ただし、加速率が高いため、適切なタイプのランプを選択することで、特定の材料の迅速なスクリーニングを実現できます。
03. 太陽光カーボンアークランプ
太陽光型カーボンアークランプは現在我が国ではほとんど使用されていませんが、日本では広く使用されている光源です。 ほとんどのJIS規格では太陽光型カーボンアークランプが使用されています。 私の国の日本との合弁会社の多くの自動車会社は今でもこの光源の使用を推奨しています。 ソーラーカーボンアークランプのスペクトルエネルギー分布も太陽光に近いですが、370nmから390nmの紫外線が集中して強化されています。 シミュレーションはキセノン ランプほど良くはなく、加速率はキセノン ランプと紫外線ランプの間です。
3. 人工促進老化試験時間の決定
1. 関連する製品規格および規制を参照してください。
関連する製品規格には、老化試験の時間がすでに規定されています。 関連する標準を見つけて、そこに指定された時間に従って実行するだけで済みます。 多くの国家規格や業界規格でこれが規定されています。
2. 既知の相関関係に基づく計算
研究によると、ABS の色の安定性は、色と黄変指数の変化によって評価されます。 人工的な加速老化は自然大気暴露と良好な相関関係があり、その加速率は約 7 です。屋外で 1 年間使用した後の特定の ABS 素材の色の変化を知りたい場合は、同じ試験条件を使用します。加速エージング時間 365x24/7=1251h を決定するための加速率。
相関問題については古くから国内外で多くの研究が行われ、多くの換算関係が導出されてきた。 しかし、ポリマー材料の多様性、促進老化試験の装置や方法の違い、時期や地域ごとの気候の違いにより、換算関係は複雑になります。 したがって、換算関係を選択する際には、相関関係を導き出す特定の材料、経年劣化した機器、試験条件、性能評価指標などに注意を払う必要があります。
3. 人為的に促進された老化放射線の総量を自然被ばく放射線の総量と同等に制御する
対応する規格がなく、相関関係の基準がない一部の製品については、実際の使用環境の放射線強度を考慮し、人為的に促進された老化放射線の総量が自然被ばく放射線の総量と同等になるように管理する必要があります。 。
例：人工加速老化の総放射線量を制御する方法
北京地域ではあるプラスチック製品が使用されており、人為的に促進された老化による総放射線量を屋外曝露1年分に抑えることが期待されている。
ステップ 1: この製品はプラスチック製品であり、屋外で使用されるため、GB/T16422 の方法 A を選択します。2-1996「プラスチック研究所の光源暴露試験方法パート 2: キセノンアークランプ」。
試験条件は、照射強度0.50W/m2 (340nm)、黒板温度65度、ボックス温度40度、相対湿度50%、散水時間/非散水時間18分/102分、連続光、
ステップ 2: 北京の年間総放射線量は約 5609MJ/m2 です。 国際規格 CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 人工光源と自然太陽光のスペクトル分布を比較するための「プラスチック実験室光源暴露試験方法」) によると、部分: 「Xenon Arc」で引用ランプ"）; そのうち紫外および可視領域（300nm～800nm）が62.2%、つまり3489MJ/m2を占めます。
ステップ 3: GB/T16422 による。2-1996
340nmの照射強度が0.50W/m2の場合、赤外および可視領域（300nm〜800nm）の照射強度は550W/m2です。 照射時間は 3489X106/550=6.344X106s、つまり 1762 時間として計算できます。 この計算方法によると、加速係数は約 5 です。自然老化は照射強度の単純な重ね合わせではないため、太陽光が原因であると判断されるだけです。
4. 人工促進老化試験の性能評価指標の選定
性能評価指標の選択は、主に材料の用途と材料自体の特性の2つの観点から検討されます。
1. 材料の用途に応じて評価指標を決定します。 同じ材質でも用途の違いにより異なる評価指標が選択される場合があります。 たとえば、同じ塗料を装飾に使用する場合、その外観の変化を考慮する必要があります。 GB/T1766-1995「ペイントおよびワニスコーティングの老化の評価」では、光沢、色の変化、チョーキング、金仕上げなどのさまざまな外観変化の評価方法が詳細に指定されています。
防食コーティングなどの一部の機能コーティングでは、ある程度の色や外観の変化は許容されます。 この際、評価指標を選択する際には、耐クラック性、粉化の程度などが主な考慮事項となります。これもポリ塩化ビニル（PVC）です。 靴のアッパーに使用する場合は、黄ばみに対する耐性を考慮する必要があります。 雨樋に使用する場合、外観変化に対する要求は高くなく、引っ張りなどによる材料の物理的および機械的特性の変化、引張強さの変化が主な評価指標となります。
2. 材料そのものの特性に基づいて評価指標を決定します。 同じ材料でも、老化プロセス中に異なる特性が不均等な速度で低下します。 言い換えれば、特定の特性は環境の影響を受けやすく、急速に劣化し、これが材料損傷を引き起こす主な要因となります。 評価指標を選択するときは、これらの機密性の高いプロパティを選択する必要があります。 研究によると、ほとんどのエンジニアリング プラスチックでは、自然老化試験中に衝撃強度が大きく変化し、大幅に低下します。
したがって、エンジニアリングプラスチックの老化試験を行う場合には、衝撃強度の低下を優先して評価指標として選択する必要があります。 衝撃強度もポリプロピレンの老化に非常に敏感であり、老化性能を評価するための主な指標です。 ポリエチレン材料の場合、破断伸びの低下がより顕著であり、優先的に評価する指標となります。 ポリ塩化ビニルの場合、引張強さ、衝撃強さともに比較的早く低下するため、実態に応じてどちらか一方を選択して評価する必要があります。
国家規格 GB/T8814-2004「ドアおよび窓用の非可塑化ポリ塩化ビニル (PVC-U) プロファイル」では、老化後の衝撃強度保持率 60% 以上が認定指標として選択されています。 軽工業規格 QB/T2480 -2000 建築用硬質ポリ塩化ビニル（PVC-U）雨水管および継手において、老化後の引張強度維持率が 80% 以上であることが認定基準となります。