การทดสอบอายุเป็นวิธีหนึ่งที่สำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ และปัจจุบันไม่สามารถทดแทนด้วยวิธีอื่นได้ ผ่านการทดสอบอายุ ปัญหาและข้อบกพร่องของผลิตภัณฑ์ภายใต้สภาพแวดล้อมต่างๆ สามารถเกิดขึ้นได้ และปัญหาเหล่านี้สามารถซ่อมแซมและปรับปรุงได้ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ อุปกรณ์ความน่าเชื่อถือที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ :ห้องทดสอบอายุรังสียูวี, ห้องทดสอบอายุหลอดไฟซีนอนฯลฯ
Ⅰ. การเลือกเงื่อนไขการทดสอบการเร่งอายุเทียม
คำถามนี้สามารถเข้าใจได้จริงว่าควรจำลองปัจจัยด้านความชราใดบ้าง ในระหว่างการใช้วัสดุโพลีเมอร์ ปัจจัยหลายประการในสภาพแวดล้อมสภาพภูมิอากาศอาจส่งผลต่อการเสื่อมสภาพของวัสดุโพลีเมอร์ หากทราบปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความชราไว้ล่วงหน้า ก็สามารถเลือกวิธีทดสอบได้ในลักษณะที่เป็นเป้าหมาย
เราสามารถกำหนดวิธีการทดสอบได้โดยพิจารณาจากการขนส่ง การจัดเก็บ สภาพแวดล้อมการใช้งาน และกลไกการเสื่อมสภาพของวัสดุ ตัวอย่างเช่น โปรไฟล์โพลีไวนิลคลอไรด์ชนิดแข็งทำจากโพลีไวนิลคลอไรด์เป็นวัตถุดิบ และเติมด้วยสารเติมแต่ง เช่น สารเพิ่มความคงตัวและเม็ดสี ส่วนใหญ่จะใช้งานกลางแจ้ง เมื่อพิจารณาถึงกลไกการเสื่อมสภาพของพีวีซี พีวีซีจึงสลายตัวได้ง่ายเมื่อถูกความร้อน เมื่อพิจารณาจากสภาพแวดล้อมการใช้งาน ออกซิเจน แสงอัลตราไวโอเลต ความร้อน และความชื้นในอากาศ ล้วนเป็นสาเหตุของการเสื่อมสภาพตามกาลเวลา
Ⅱ . การเลือกแหล่งกำเนิดแสงสำหรับการทดสอบการเร่งอายุเทียม
การทดสอบการสัมผัสแหล่งกำเนิดแสงในห้องปฏิบัติการ: สามารถจำลองแสง ออกซิเจน ความร้อน ปริมาณน้ำฝน และปัจจัยอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมที่มองเห็นได้ในชั้นบรรยากาศในห้องทดสอบไปพร้อมๆ กัน เป็นวิธีการทดสอบการเร่งอายุแบบประดิษฐ์ที่ใช้กันทั่วไป ในบรรดาปัจจัยการจำลองเหล่านี้ แหล่งกำเนิดแสงมีความสำคัญค่อนข้างมาก ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าความยาวคลื่นในแสงแดดที่สร้างความเสียหายให้กับวัสดุโพลีเมอร์นั้นส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในแสงอัลตราไวโอเลตและแสงที่มองเห็นได้บางส่วน
แหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันพยายามสร้างเส้นโค้งการกระจายสเปกตรัมพลังงานในช่วงความยาวคลื่นนี้ใกล้กับสเปกตรัมแสงอาทิตย์ อัตราการจำลองและการเร่งความเร็วเป็นพื้นฐานหลักในการเลือกแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ หลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งศตวรรษของการพัฒนา แหล่งกำเนิดแสงในห้องปฏิบัติการ ได้แก่ โคมไฟอาร์คคาร์บอนแบบปิด, โคมไฟคาร์บอนอาร์คประเภทแสงอาทิตย์, หลอดฟลูออเรสเซนต์อัลตราไวโอเลต, โคมไฟอาร์คซีนอน, หลอดปรอทแรงดันสูง และแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ ให้เลือก คณะกรรมการด้านเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับวัสดุโพลีเมอร์ในองค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน (ISO) แนะนำให้ใช้แหล่งกำเนิดแสงสามแหล่งเป็นหลัก ได้แก่ หลอดอาร์คคาร์บอนแสงอาทิตย์ หลอดฟลูออเรสเซนต์อัลตราไวโอเลต และหลอดอาร์คซีนอน
01. ไฟซีนอนอาร์ค
ในปัจจุบันเชื่อกันว่าการกระจายพลังงานสเปกตรัมของหลอดไฟซีนอนอาร์คท่ามกลางแหล่งกำเนิดแสงประดิษฐ์ที่รู้จักนั้นคล้ายคลึงกับรังสีอัลตราไวโอเลตและส่วนที่มองเห็นได้ของแสงแดดมากที่สุด เมื่อเลือกตัวกรองที่เหมาะสม รังสีคลื่นสั้นส่วนใหญ่ที่อยู่ในแสงแดดที่ตกถึงพื้นก็สามารถกรองออกได้ หลอดไฟซีนอนมีการแผ่รังสีที่รุนแรงในช่วงอินฟราเรดที่ 1,000 นาโนเมตร~1200 นาโนเมตร และก่อให้เกิดความร้อนจำนวนมาก
จึงต้องเลือกอุปกรณ์ทำความเย็นที่เหมาะสมเพื่อดึงพลังงานนี้ออกไป ปัจจุบัน มีวิธีทำความเย็นสองวิธีสำหรับอุปกรณ์ทดสอบอายุของหลอดไฟซีนอนในท้องตลาด: ระบายความร้อนด้วยน้ำและระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยทั่วไปแล้ว ผลการระบายความร้อนของอุปกรณ์หลอดไฟซีนอนระบายความร้อนด้วยน้ำจะดีกว่าผลการระบายความร้อนด้วยอากาศ ขณะเดียวกันโครงสร้างก็ซับซ้อนกว่าและราคาก็แพงกว่า เนื่องจากพลังงานของส่วนอัลตราไวโอเลตของหลอดไฟซีนอนจะเพิ่มขึ้นน้อยกว่าแหล่งกำเนิดแสงอีกสองแหล่ง จึงถือเป็นอัตราการเร่งความเร็วที่ต่ำที่สุด
02. หลอดยูวีฟลูออเรสเซนต์
ตามทฤษฎีแล้ว พลังงานคลื่นสั้น 300 นาโนเมตร~400 นาโนเมตรเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความชรา หากพลังงานนี้เพิ่มขึ้น สามารถทำการทดสอบอย่างรวดเร็วได้ การกระจายสเปกตรัมของหลอด UV ฟลูออเรสเซนต์ส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในส่วนอัลตราไวโอเลต จึงสามารถบรรลุอัตราการเร่งที่สูงขึ้นได้
อย่างไรก็ตาม หลอด UV ฟลูออเรสเซนต์ไม่เพียงแต่เพิ่มพลังงานอัลตราไวโอเลตในแสงแดดธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังแผ่พลังงานที่ไม่มีอยู่ในแสงแดดธรรมชาติเมื่อวัดบนพื้นผิวโลกด้วย และพลังงานนี้สามารถทำให้เกิดความเสียหายผิดธรรมชาติได้ นอกจากนี้ ยกเว้นเส้นสเปกตรัมปรอทที่แคบมาก แหล่งกำเนิดแสงฟลูออเรสเซนต์ไม่มีพลังงานสูงกว่า 375 นาโนเมตร ดังนั้นวัสดุที่มีความไวต่อพลังงาน UV ที่มีความยาวคลื่นยาวอาจไม่เปลี่ยนแปลงเหมือนเมื่อสัมผัสกับแสงแดดธรรมชาติ ข้อบกพร่องโดยธรรมชาติเหล่านี้สามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่น่าเชื่อถือ
ดังนั้นหลอด UV ฟลูออเรสเซนต์จึงจำลองได้ไม่ดี อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีอัตราการเร่งความเร็วสูง การคัดกรองวัสดุเฉพาะอย่างรวดเร็วจึงสามารถทำได้โดยการเลือกประเภทหลอดไฟที่เหมาะสม
03. โคมไฟอาร์คคาร์บอนแสงแดด
ปัจจุบันโคมไฟอาร์คคาร์บอนประเภทแสงแดดไม่ค่อยมีการใช้ในประเทศของเรา แต่เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น มาตรฐาน JIS ส่วนใหญ่ใช้หลอดไฟคาร์บอนอาร์คประเภทแสงแดด บริษัทรถยนต์หลายแห่งในประเทศของฉันที่ร่วมทุนกับญี่ปุ่นยังคงแนะนำให้ใช้แหล่งกำเนิดแสงนี้ การกระจายพลังงานสเปกตรัมของโคมไฟอาร์คคาร์บอนจากแสงอาทิตย์ยังใกล้เคียงกับแสงแดดมากขึ้น แต่รังสีอัลตราไวโอเลตตั้งแต่ 370 นาโนเมตรถึง 390 นาโนเมตรกลับเข้มข้นและแข็งแกร่งขึ้น การจำลองไม่ดีเท่าไฟซีนอน และอัตราการเร่งอยู่ระหว่างไฟซีนอนและไฟอัลตราไวโอเลต
Ⅲ . การหาเวลาทดสอบการเร่งอายุแบบประดิษฐ์
1. อ้างอิงถึงมาตรฐานและข้อบังคับของผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง
มาตรฐานผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องได้กำหนดเวลาสำหรับการทดสอบความชราไว้แล้ว เราเพียงแต่ต้องค้นหามาตรฐานที่เกี่ยวข้องและดำเนินการตามเวลาที่ระบุไว้เท่านั้น มาตรฐานระดับชาติและมาตรฐานอุตสาหกรรมหลายแห่งได้กำหนดสิ่งนี้ไว้
2. การคำนวณตามความสัมพันธ์ที่ทราบ
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าความคงตัวของสีของ ABS ได้รับการประเมินผ่านการเปลี่ยนสีและดัชนีสีเหลือง การเร่งอายุโดยธรรมชาติมีความสัมพันธ์ที่ดีกับการสัมผัสบรรยากาศตามธรรมชาติ และอัตราการเร่งอยู่ที่ประมาณ 7 หากคุณต้องการทราบการเปลี่ยนแปลงสีของวัสดุ ABS บางอย่างหลังจากใช้งานกลางแจ้งหนึ่งปี และใช้เงื่อนไขการทดสอบเดียวกัน คุณสามารถดูได้ที่ อัตราการเร่งเพื่อกำหนดเวลาเร่งอายุ 365x24/7=1251 ชม.
เป็นเวลานานแล้วที่มีการดำเนินการวิจัยจำนวนมากเกี่ยวกับประเด็นความสัมพันธ์ทั้งในและต่างประเทศ และได้เกิดความสัมพันธ์ในการเปลี่ยนแปลงหลายอย่าง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความหลากหลายของวัสดุโพลีเมอร์ ความแตกต่างในอุปกรณ์และวิธีการทดสอบการเร่งอายุ และความแตกต่างของสภาพอากาศในเวลาและภูมิภาคที่ต่างกัน ความสัมพันธ์ในการแปลงสภาพจึงมีความซับซ้อน ดังนั้น เมื่อเลือกความสัมพันธ์ของการแปลง เราต้องใส่ใจกับวัสดุเฉพาะ อุปกรณ์อายุ เงื่อนไขการทดสอบ ตัวบ่งชี้การประเมินประสิทธิภาพ และปัจจัยอื่น ๆ ที่ได้รับความสัมพันธ์
3. ควบคุมปริมาณรวมของรังสีเร่งอายุเทียมให้เทียบเท่ากับปริมาณรังสีธรรมชาติทั้งหมด
สำหรับผลิตภัณฑ์บางอย่างที่ไม่มีมาตรฐานที่สอดคล้องกันและไม่มีการอ้างอิงสำหรับความสัมพันธ์ สามารถพิจารณาความเข้มของรังสีของสภาพแวดล้อมการใช้งานจริงได้ และควรควบคุมจำนวนรวมของรังสีเร่งอายุเทียมให้เท่ากับปริมาณรวมของรังสีที่สัมผัสตามธรรมชาติ .
ตัวอย่าง: วิธีควบคุมปริมาณรังสีรวมของการเร่งอายุแบบประดิษฐ์
ผลิตภัณฑ์พลาสติกบางชนิดถูกนำมาใช้ในพื้นที่ปักกิ่ง และคาดว่าจะควบคุมปริมาณรังสีรวมของการเร่งอายุเทียมให้เทียบเท่ากับการสัมผัสกลางแจ้งหนึ่งปี
ขั้นตอนที่ 1: เนื่องจากผลิตภัณฑ์นี้เป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกและใช้งานกลางแจ้ง ให้เลือกวิธี A ใน GB/T164222-1996 "วิธีทดสอบการสัมผัสแหล่งกำเนิดแสงในห้องปฏิบัติการพลาสติก ตอนที่ 2: หลอดไฟซีนอนอาร์ก"
เงื่อนไขการทดสอบได้แก่: ความเข้มของการฉายรังสี 0.50 วัตต์/ตารางเมตร (340 นาโนเมตร) อุณหภูมิกระดานดำ 65 องศา อุณหภูมิกล่อง 40 องศา ความชื้นสัมพัทธ์ 50% ระยะเวลาฉีดน้ำ/ไม่มีเวลาฉีดน้ำ 18 นาที/102 นาที แสงต่อเนื่อง
ขั้นตอนที่ 2: ปริมาณรังสีต่อปีในกรุงปักกิ่งอยู่ที่ประมาณ 5609MJ/m2 ตามมาตรฐานสากล CIENo85-1989 (GB/T16422.1-1996 "วิธีทดสอบการสัมผัสแหล่งกำเนิดแสงในห้องปฏิบัติการพลาสติก" เพื่อเปรียบเทียบการกระจายสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสงเทียมและแสงแดดธรรมชาติ) ส่วนที่: อ้างใน "Xenon Arc โคมไฟ"); ซึ่งรังสีอัลตราไวโอเลตและบริเวณที่มองเห็นได้ (300 นาโนเมตร~800 นาโนเมตร) คิดเป็น 62.2% หรือ 3489MJ/m2
ขั้นตอนที่ 3: ตาม GB/T164222-1996
เมื่อความเข้มของการฉายรังสี 340nm คือ 0.50W/m2 ความเข้มของการฉายรังสีในอินฟราเรดและพื้นที่ที่มองเห็นได้ (300nm~800nm) จะเป็น 550W/m2; เวลาในการฉายรังสีสามารถคำนวณได้เป็น 3489X106/550=6.344X106 วินาที ซึ่งก็คือ 1762 ชั่วโมง ตามวิธีการคำนวณนี้ ค่าความเร่งจะอยู่ที่ประมาณ 5 เนื่องจากการแก่ชราตามธรรมชาติไม่ใช่การซ้อนทับกันของความเข้มของการฉายรังสีอย่างง่าย ๆ จึงตัดสินได้ว่าแสงแดดเป็นสาเหตุของวัสดุเท่านั้น