根据ASTM D4674在QUV紫外老化试验箱对塑料材料进行耐光性评估

摘要

康宁制定了一个测试计划，以提供有关潜在的物理和美学退化的量化数据。三种透明聚合物材料在加速暴露于室内照明后可能出现的物理和美学退化提供量化数据。测试的时间和强度被设计为模拟产品预期寿命内的办公室照明条件。第四种材料，在过去的15年里被用于其他室内产品，被用作基准。使用了四种不同的ASTM规格，产生一个全面和相关的测试制度：

ASTM D4674“暴露在室内办公环境中塑料颜色稳定性加速试验的标准实施规程”

ASTM D523“镜面光泽的标准测试方法”

ASTM D2244“根据仪器测量的颜色坐标计算颜色公差和色差的标准操作规程”

ASTM D638“塑料拉伸性能的标准试验方法”

将总共四种透明树脂暴露于加速室内光照条件下，并在30、60和90天间隔时评估颜色、光泽和拉伸性能。两种树脂是紫外线(UV)稳定的，而另外两种不是。测试不仅确保了新产品材料符合客户的性能和审美期望，还提供了可量化的数据来指导材料选择，以便在后续的客户之声(VOC)会议上展示。

介绍

CCS旗舰LAN外壳的一个关键改进是从几乎100%的金属板结构转变为大约60%的塑料部件。塑料的使用使得重量更轻，更重要的是，创造了独特的设计特征，为外壳带来了显著的附加功能。这一变化的一个组成部分是将房屋的门和盖转换为透明材料，以增加可视性、可达性和美学吸引力。

这个市场领域包含数以千计的不同客户，每个客户都采用稍微不同的安装和操作实践。一些客户非常赞成拟议的设计变更，而其他人则犹豫不决，质疑新的透明材料如何经得起时间的考验。特别值得关注的是变黄和变脆的可能性。材料变黄可能在两种情况下表现出来。首先，长期老化会削弱已安装产品的视觉吸引力。第二，新安装的设备和已经使用一段时间的设备在外观上的差异。 开发一个测试计划来获取所有需要的数据，需要产品线管理、产品开发和内部产品认证实验室的共同努力来审查大量的规格。然后，这些选择必须缩小到能产生数据的试验，以便有效地帮助选择最适合局域网环境的透明材料。最后，没有一个单一的规范是足够的，所以不同规范的汇编提供了最适用和最有益的评估。组合这些测试还需要定制实验室设备和程序，以便于完成测试。 以下三个部分分别简要说明了康宁LAN外壳所用透明材料的规格、测试方法和结论。

规范

在确定要使用的规范时，考虑了两个主要因素:1)最重要的是解决客户对潜在的机械和视觉退化的担忧的测试，2)由于没有单一的规范规定准确的测试制度，因此必须采用适合特定需求的方法。户外紫外线测试提供了一个很好的起点。还认真考虑了纺织和印刷等其他行业如何处理类似问题。 由于没有一个单一的标准可以提供必要的信息，该团队选择将几个不同规范的属性结合起来，以充分解决所有的问题。ASTM D4674、ASTM D523、ASTM D2244和ASTM D638提供了构建测试计划的必要框架，该计划足以解决影响适当材料选择的属性。

ASTM D4674“暴露于室内办公环境的塑料颜色稳定性加速试验的标准实施规程”包括了在典型办公环境中评估聚合材料颜色稳定性的概念。规范中包含的方法III允许排除通过窗口过滤的光，这适用于大多数局域网应用。本规范中还提供了灯泡选项和测试结构。

ASTM D523“镜面光泽的标准试验方法”和ASTM D2244“从仪器测量的颜色坐标计算颜色公差和色差的标准实施规程”都加强了解决试验的美学部分的努力。在测试金属材料的涂漆表面时，它们经常被引用。D523允许对表面外观和反射率的视觉观察进行数字评级，以便进行比较。D2244可以量化相同材料样品之间的微小色差。

ASTM D638“塑料拉伸性能的标准试验方法”测量塑料材料的屈服拉伸强度和屈服伸长率的潜在变化。这些机械性能在历史上被认为是材料在现场性能的基本指标。该规范通常用于室外紫外线测试。

检测方法

所有测试都是在康宁环境测试实验室内部进行的。测试计划的核心是室内光照测试。为了适应室内测试要求，对室外紫外线室进行了改造。图1显示了在测试中使用的紫外线老化试验箱QUV。

图1. 用于室内照明测试的QUV紫外老化试验箱

机器中通常使用的室外灯泡必须换成标准的冷白光灯。需要八个灯泡每边四个来提供持续的曝光。光电探测器也需要改变以适应可见光的波长差异，并且标度从W/m²/nm调整到lux。

对于给定的试验箱暴露水平，确定移除和评估试样的适当时间间隔是确保可靠结果的一个关键方面。基于室供应商关于最大输出的建议，样品暴露于15K lux。在工作区的典型办公环境中，冷白色灯泡提供大约1K lux的光强度。鉴于这一暴露水平，30、60和90天后的定期移除和评估足以提供材料的可观察变化。

测试的另一个关键部分是用作基准的第四种聚碳酸酯材料。这种材料在之前的15年中已经在数千个装置中用于类似的应用，没有已知的显著退化。

通过将新材料的结果与已知性能历史的材料的结果进行比较，可以确定试样之间变化幅度的相对意义。另一种允许更彻底理解的技术是使用未暴露的样品作为对照。如表1所示，两种材料是紫外线稳定的，而另外两种不是。

在每30天后，测试各种材料的暴露和未暴露样品的颜色变化、光泽和拉伸性能。每种材料的五个样品在每个时间间隔进行测试。由于材料的尺寸和透明性质，光泽测试报告为仅用于观察目的的明显结果。包括基准测试在内，我们使用可重复且可量化的方法对四种不同等级的聚碳酸酯进行了测试和评估，以确定哪种材料最适合承受室内LAN环境。这些测试的结果列于表2中。

结论

修改后的室内照明测试提出了四个主要考虑点。首先，只有在室内照明条件下，颜色变化才是可能的。图2显示了描述一种测试材料的确定颜色偏移的视图。

图2. 可见的色移与未曝光的样品

即使仅暴露30天后，在测试中的一些材料上仍可见颜色偏移。由于颜色稳定性被明确列为客户关心的问题，因此只有那些不显示颜色偏移的材料才被认为是可行的候选材料。这是特别适用的，因为LAN外壳通常位于最靠近室内光源的框架的最高位置。在许多情况下，光源从不关闭。 第二个要考虑的问题是，那些确实表现出颜色偏移的材料在测试的前半部分表现出更快的颜色变化。图3显示了相对于暴露时间的颜色变化，如在b*标度上绘制的，其中更正的数值表示更黄。

图3. 显示了相对于暴露时间的颜色变化

材料中紫外线稳定剂的存在似乎也抑制了色移。测试的四种材料中有两种含有紫外稳定剂，但这两种材料都没有显示出可见的变色迹象。这一结果表明紫外线稳定剂对可见光有效，并成为LAN外壳应用材料的选择标准。

最后，拉伸性能在长时间暴露后没有受到不利影响。这甚至适用于那些显示颜色变化的材料。图4显示了相对于暴露时间的拉伸性能。

图4. 显示了相对于暴露时间的拉伸性能

总之，虽然有针对各种材料和性能的标准测试方法，但有时仍有必要创造性地考虑如何构建一个测试体系，以洞察设计团队面临的一系列问题。如果不能彻底了解材料在模拟使用环境中的行为，很容易导致仅基于成本选择不合适的材料。这一失败的负面后果最终会导致顾客不满。通过使用包含客户和设计团队关注点的测试机制，该团队能够为重新设计的外壳选择较佳材料，并为客户提供量化数据来证实设计选择。