UV老化試驗機主要用于非金屬材料、有機材料(如:涂料、油漆、電子電器、LED照明、零部件、橡膠、塑膠及其制品),經在陽光、濕度、溫度、凝露等氣候條件的變化下檢驗有關產品及材料老化現象程度,儀器符合GB/T14522-93、GB/T16422.3-1997、GB/T16585-96等現行紫外線老化試驗標準。
經過對實驗結果的研究和分析,HTV 樣品在248 nm 紫外激光照射下發生了不同程度的老化現象,是物理老化和化學老化的共同作用。
樣品老化的宏觀描述歸結為物理老化,物理老化是指玻璃態高分子材料通過小區域鏈段的微布朗運動使其凝聚態結構從非平衡態向平衡態過渡,從而使材料的物理、力學性能發生變化的現象。其結果使材料的自由體積減少,密度增加,模量、抗拉強度和硬度增加,斷裂伸長及沖擊強度下降,材料由塑性轉變為脆性,從而導致材料在低應力水平下的破壞[20]。經計算,實驗中的 1 000 次脈沖照射折算成累積能量密度為 19.44 J/cm2,相當于 1 天的戶外太陽光的連續照射量,照射后,樣品彈性變小,硬度變大,發生了物理老化。
248 nm 紫外激光照射引起另一種重要老化,即化學老化,它是一種不可逆的化學反應,是材料分子結構變化的結果。橡膠化學老化是按自由基反應機理進行的,根據引發自由基而氧化的因素主要分為熱氧化老化和光氧化老化 2 種類型[20]。
太陽輻射中的紫外線是引發橡膠光氧化老化的主要原因。紫外線的能量與橡膠中的化學鍵相當,因此紫外輻射可以切斷許多化學鍵,形成自由基,自由基與自由基、與氧之間形成新的結合物質形態,這是在有氧存在的環境中產生的光氧化老化。
由于 248nm 激光的光子能量高于 HTV 的所有化學鍵,該激光照射或在有氧氣氛照射下打斷了樣品表面部分化學鍵,破壞了部分基團,從而形成了·H、·CH3 等,自由基間相互反應。樣品發生的光氧化老化可能的反應機理示于圖 8。圖 8 反應(a)在激光照射下產生~Si-CH2·、~Si·、·H 和·CH3,同時·H 和·CH3反應放出了 CH4 氣體,使得材料表面凹凸不平;反應(b) 2 個長鏈自由基~Si-CH2·和~Si·發生了交聯反應,使 HTV 硬度變大;反應(c)在氧氣氣氛下,放出了甲醛(HCHO)氣體,同時生成了~Si·和 HO·,zui后這 2 個自由基反應生成了親水基團-OH,使HTV 的憎水性減弱。
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