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氙灯辐照强度对织物老化结果的影响探究

  • 高分子材料创新
    2020/10/16
  • 私聊

物性测试综合讨论

  • 日常生活中,我们常见到一些塑料制品长期暴露于户外环境下,出现如变色、发脆、变硬、发粘、表面龟裂以及物理力学性能变差等现象,致使其提前失去原有功能和使用价值。


    图1 塑料凳老化前(左)、老化后(右)



    这是由于太阳光中290nm-400nm波长范围内的紫外光,能量高,且与氧的结合,极易引发高分子材料发生自由基链式光氧老化反应;此外,户外环境中雨水、露水等也易导致聚合物发生吸水膨胀、水解等老化行为。因此,高分子材料及制品极易出现如变色、发脆、变硬、发粘、表面龟裂以及物理力学性能变差等现象,致使其提前失去原有功能和使用价值。

    氙灯老化试验是对长期放置在户外的产品材料进行模拟,用数天或数周的时间即可重现户外数月乃至数年出现的危害,在工业应用领域中,氙灯老化试验数据可以帮助客户选择新材料,改良现有材料,以及评价配方的变化是如何影响产品的耐久性的。

    然而在一些氙灯老化测试标准中,只规定了测试实施的辐照强度范围,那么,当辐照总量相同时,不同辐照强度对彩色织物的老化有何影响?为了探究这一问题,国高材分析测试中心对一款迷彩色纺织物进行了测试。


    测试试验方案



    图2 国高材分析测试中心氙灯老化箱



    将试样裁成150*65mm(长*宽)的尺寸放入氙灯试验箱中进行测试,分为两组Test 1和Test 2,每组测三片。

    表1 耐氙灯老化性能测试实验方案




    实验结果针对浅灰色区域和灰色区域分别进行讨论。

    图3 迷彩色纺织物试样



    试样浅灰色区域色牢度性能变化



    染料的光褪色机理主要是染料吸收光子后被激化,发生一系列的光化学反应,使结构破坏、导致变色和褪色,例如偶氮类活性染料母体在收到光照作用时引起偶氮基氧化分解

    试样对比样与测试样照片记录如图4所示,所有图片中左一为对比样,其余为测试后样。


    图4 试样中期检查对比样与测试样图片记录图



    光学显微镜测试


    图5 试样在光学显微镜下形貌对比图



    由图5可以看出Test 1与Test 2老化后的试样表面皆呈明显发红状态,无发粘、裂纹等不良外观现象,表面形貌变化一致

    表面红外测试

    图6 试样浅灰色区域不同测试条件红外光谱对比图




    图7 试样灰色区域不同测试条件红外光谱对比图



    由图6图7表面红外谱图对比可知,Test 1与Test 2老化前后的试样表面红外谱图无明显差异,试样基材未检测出明显变化。

    能谱测试




    图8 试样不同区域不同测试条件能谱对比图



    由图8可知,试样中主要元素皆为C、O、Ca,Test1与Test2老化前后试样表面能谱测试结果无明显差异。这可能是因为基材中主要成分是酯类物质,C、O元素含量高,有机染料中C、O元素含量也高,故老化后试样元素含量无明显变化。




    紫外吸收测试

    分别在老化后试样与老化前试样裁剪同样区域大小的试样,浸泡于丙酮中,片刻后发现老化后的溶液颜色微微泛红,染料被部分洗脱了下来,老化前的试样溶液仍为无色透明。将溶液用手持紫外分析仪在365nm处进行检测,结果如图9所示。


    图9 紫外表征结果(左侧为老化前样,右侧为老化后样)



    由紫外吸收结果可知,老化前试样对紫外光吸收较好,表示溶液中有机染料浓度较高,老化后样对紫外光吸收较差,表示溶液中有机染料浓度有所降低,这与前所提到的褪色机理一致。

    总结

    结合试样的形貌分析、红外谱图以及能谱比对结果可知,同一试样在辐照度相同、不同辐照强度的条件下测试后,试样基材外观形貌和内部组成并未显示出明显差异,说明在标准允许的范围内,可以通过提高辐照强度,减少老化时间,这在氙灯老化测试在工业领域的应用有着积极的意义。




    材料老化测试

    国高材分析测试中心可依据GB、ISO、ASTM等测试标准,通过热氧老化箱、氙灯老化试验机和紫外老化试验箱等老化设备,测定材料的可靠性指标。

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