氙灯老化辐照强度对织物老化结果的影响探究

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

表2 样品浅灰色 区域在不同测试条件下结果

由表2可以看出，两组测试的开展使样品的值发生了很大的变化，辐照总量达25MJ时，两组测试样品均已失效，值皆超过了15。其中Test 2在老化周期达131h(25 MJ）时色差变化较Test 1条件高出5.5左右。

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。

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，说明在标准允许及材料可承受的范围内，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。

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来源：国高材分析测试中心