根據ASTM D4674在QUV紫外老化試驗箱對塑料材料進行耐光性評估

摘要

康寧制定了一個測試計劃，以提供有關潛在的物理和美學退化的量化數據。三種透明聚合物材料在加速暴露于室內照明后可能出現的物理和美學退化提供量化數據。測試的時間和強度被設計為模擬產品預期壽命內的辦公室照明條件。第四種材料，在過去的15年里被用于其他室內產品，被用作基準。使用了四種不同的ASTM規格，產生一個全面和相關的測試制度：

ASTM D4674“暴露在室內辦公環境中塑料顏色穩定性加速試驗的標準實施規程”

ASTM D523“鏡面光澤的標準測試方法”

ASTM D2244“根據儀器測量的顏色坐標計算顏色公差和色差的標準操作規程”

ASTM D638“塑料拉伸性能的標準試驗方法”

將總共四種透明樹脂暴露于加速室內光照條件下，并在30、60和90天間隔時評估顏色、光澤和拉伸性能。兩種樹脂是紫外線(UV)穩定的，而另外兩種不是。測試不僅確保了新產品材料符合客戶的性能和審美期望，還提供了可量化的數據來指導材料選擇，以便在后續的客戶之聲(VOC)會議上展示。

介紹

CCS旗艦LAN外殼的一個關鍵改進是從幾乎100%的金屬板結構轉變為大約60%的塑料部件。塑料的使用使得重量更輕，更重要的是，創造了獨特的設計特征，為外殼帶來了顯著的附加功能。這一變化的一個組成部分是將房屋的門和蓋轉換為透明材料，以增加可視性、可達性和美學吸引力。

這個市場領域包含數以千計的不同客戶，每個客戶都采用稍微不同的安裝和操作實踐。一些客戶非常贊成擬議的設計變更，而其他人則猶豫不決，質疑新的透明材料如何經得起時間的考驗。特別值得關注的是變黃和變脆的可能性。材料變黃可能在兩種情況下表現出來。首先，長期老化會削弱已安裝產品的視覺吸引力。第二，新安裝的設備和已經使用一段時間的設備在外觀上的差異。 開發一個測試計劃來獲取所有需要的數據，需要產品線管理、產品開發和內部產品認證實驗室的共同努力來審查大量的規格。然后，這些選擇必須縮小到能產生數據的試驗，以便有效地幫助選擇最適合局域網環境的透明材料。最后，沒有一個單一的規范是足夠的，所以不同規范的匯編提供了最適用和最有益的評估。組合這些測試還需要定制實驗室設備和程序，以便于完成測試。 以下三個部分分別簡要說明了康寧LAN外殼所用透明材料的規格、測試方法和結論。

規范

在確定要使用的規范時，考慮了兩個主要因素:1)最重要的是解決客戶對潛在的機械和視覺退化的擔憂的測試，2)由于沒有單一的規范規定準確的測試制度，因此必須采用適合特定需求的方法。戶外紫外線測試提供了一個很好的起點。還認真考慮了紡織和印刷等其他行業如何處理類似問題。 由于沒有一個單一的標準可以提供必要的信息，該團隊選擇將幾個不同規范的屬性結合起來，以充分解決所有的問題。ASTM D4674、ASTM D523、ASTM D2244和ASTM D638提供了構建測試計劃的必要框架，該計劃足以解決影響適當材料選擇的屬性。

ASTM D4674“暴露于室內辦公環境的塑料顏色穩定性加速試驗的標準實施規程”包括了在典型辦公環境中評估聚合材料顏色穩定性的概念。規范中包含的方法III允許排除通過窗口過濾的光，這適用于大多數局域網應用。本規范中還提供了燈泡選項和測試結構。

ASTM D523“鏡面光澤的標準試驗方法”和ASTM D2244“從儀器測量的顏色坐標計算顏色公差和色差的標準實施規程”都加強了解決試驗的美學部分的努力。在測試金屬材料的涂漆表面時，它們經常被引用。D523允許對表面外觀和反射率的視覺觀察進行數字評級，以便進行比較。D2244可以量化相同材料樣品之間的微小色差。

ASTM D638“塑料拉伸性能的標準試驗方法”測量塑料材料的屈服拉伸強度和屈服伸長率的潛在變化。這些機械性能在歷史上被認為是材料在現場性能的基本指標。該規范通常用于室外紫外線測試。

檢測方法

所有測試都是在康寧環境測試實驗室內部進行的。測試計劃的核心是室內光照測試。為了適應室內測試要求，對室外紫外線室進行了改造。圖1顯示了在測試中使用的紫外線老化試驗箱QUV。

圖1. 用于室內照明測試的QUV紫外老化試驗箱

機器中通常使用的室外燈泡必須換成標準的冷白光燈。需要八個燈泡每邊四個來提供持續的曝光。光電探測器也需要改變以適應可見光的波長差異，并且標度從W/m²/nm調整到lux。

對于給定的試驗箱暴露水平，確定移除和評估試樣的適當時間間隔是確保可靠結果的一個關鍵方面。基于室供應商關于最大輸出的建議，樣品暴露于15K lux。在工作區的典型辦公環境中，冷白色燈泡提供大約1K lux的光強度。鑒于這一暴露水平，30、60和90天后的定期移除和評估足以提供材料的可觀察變化。

測試的另一個關鍵部分是用作基準的第四種聚碳酸酯材料。這種材料在之前的15年中已經在數千個裝置中用于類似的應用，沒有已知的顯著退化。

通過將新材料的結果與已知性能歷史的材料的結果進行比較，可以確定試樣之間變化幅度的相對意義。另一種允許更徹底理解的技術是使用未暴露的樣品作為對照。如表1所示，兩種材料是紫外線穩定的，而另外兩種不是。

在每30天后，測試各種材料的暴露和未暴露樣品的顏色變化、光澤和拉伸性能。每種材料的五個樣品在每個時間間隔進行測試。由于材料的尺寸和透明性質，光澤測試報告為僅用于觀察目的的明顯結果。包括基準測試在內，我們使用可重復且可量化的方法對四種不同等級的聚碳酸酯進行了測試和評估，以確定哪種材料最適合承受室內LAN環境。這些測試的結果列于表2中。

結論

修改后的室內照明測試提出了四個主要考慮點。首先，只有在室內照明條件下，顏色變化才是可能的。圖2顯示了描述一種測試材料的確定顏色偏移的視圖。

圖2. 可見的色移與未曝光的樣品

即使僅暴露30天后，在測試中的一些材料上仍可見顏色偏移。由于顏色穩定性被明確列為客戶關心的問題，因此只有那些不顯示顏色偏移的材料才被認為是可行的候選材料。這是特別適用的，因為LAN外殼通常位于最靠近室內光源的框架的最高位置。在許多情況下，光源從不關閉。 第二個要考慮的問題是，那些確實表現出顏色偏移的材料在測試的前半部分表現出更快的顏色變化。圖3顯示了相對于暴露時間的顏色變化，如在b*標度上繪制的，其中更正的數值表示更黃。

圖3. 顯示了相對于暴露時間的顏色變化

材料中紫外線穩定劑的存在似乎也抑制了色移。測試的四種材料中有兩種含有紫外穩定劑，但這兩種材料都沒有顯示出可見的變色跡象。這一結果表明紫外線穩定劑對可見光有效，并成為LAN外殼應用材料的選擇標準。

最后，拉伸性能在長時間暴露后沒有受到不利影響。這甚至適用于那些顯示顏色變化的材料。圖4顯示了相對于暴露時間的拉伸性能。

圖4. 顯示了相對于暴露時間的拉伸性能

總之，雖然有針對各種材料和性能的標準測試方法，但有時仍有必要創造性地考慮如何構建一個測試體系，以洞察設計團隊面臨的一系列問題。如果不能徹底了解材料在模擬使用環境中的行為，很容易導致僅基于成本選擇不合適的材料。這一失敗的負面后果最終會導致顧客不滿。通過使用包含客戶和設計團隊關注點的測試機制，該團隊能夠為重新設計的外殼選擇較佳材料，并為客戶提供量化數據來證實設計選擇。