塑料零部件的耐候老化測(cè)試正在成為阻止?jié)撛诋a(chǎn)品故障的關(guān)鍵步驟。隨著OEM 越來(lái)越多地求助于處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)和材料選擇，服務(wù)中老化故障的責(zé)任也正在沿著供應(yīng)鏈向下傳遞。在汽車塑料中尤其如此。原始設(shè)備制造商、加工商、配混商和添加劑供應(yīng)商之間通常沒(méi)有充分溝通產(chǎn)品將面臨的服務(wù)環(huán)境。誤解產(chǎn)品的使用方式或使用地點(diǎn)是產(chǎn)品失敗的根源。
制造商面臨著提高產(chǎn)品性能并同時(shí)降低成本的壓力。他們正在轉(zhuǎn)向新材料和添加劑作為潛在的解決方案。但是在沒(méi)有充分測(cè)試的情況下引入這些未知因素有助于解釋為什么與老化相關(guān)的故障發(fā)生率正在上升。
精心策劃的老化測(cè)試計(jì)劃可以提前識(shí)別這些風(fēng)險(xiǎn)。不幸的是，許多加工商及其客戶對(duì)如何測(cè)試耐候性并不了解。
塑料制品不合格的主要原因有三個(gè)：
· 糟糕的設(shè)計(jì)，包括不適合最終使用環(huán)境的材料配方。
· 在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之外使用產(chǎn)品。
· 影響性能的工藝或材料變更。
失敗可能意味著顏色和外觀發(fā)生變化，例如變黃、褪色、變色或失去光澤。對(duì)于其他產(chǎn)品，故障是根據(jù)機(jī)械完整性和物理性能來(lái)定義的，例如洗衣機(jī)中的尼龍齒輪變脆和破裂。
客戶希望他們的塑料產(chǎn)品在預(yù)期的大部分使用壽命內(nèi)都表現(xiàn)良好且外觀良好。但是，由客戶來(lái)定義外觀變化何時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品“失敗”。
塑料材料和產(chǎn)品正在被引入可能尚未設(shè)計(jì)或測(cè)試的全球市場(chǎng)。最大的交通管制產(chǎn)品制造商之一將用于戶外測(cè)試的樣本發(fā)送到其他國(guó)家，測(cè)試產(chǎn)品對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的特有敏感性，從而預(yù)測(cè)產(chǎn)品在該地的耐久性。
新聚合物、傳統(tǒng)聚合物的變體（如茂金屬等級(jí)）以及新的共聚物共混物和合金因其成本性能或加工優(yōu)勢(shì)而受到積極推銷。然而，這些新材料的耐久性仍然是一個(gè)問(wèn)號(hào)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的測(cè)試。同樣，基于新型有機(jī)顏料和顏料混合物的新型著色劑系統(tǒng)正在取代基于重金屬的著色劑。這些新的著色劑可能具有意想不到的顏色穩(wěn)定性和耐光性問(wèn)題。
在一個(gè)真實(shí)案例中，有色塑料家具零部件在短時(shí)間暴露于透過(guò)窗玻璃進(jìn)入的陽(yáng)光下后顯示出嚴(yán)重的褪色和色相變化。著色劑由無(wú)機(jī)白色和黑色顏料以及有機(jī)紅色、藍(lán)色和黃色組成。該產(chǎn)品首先表現(xiàn)出整體褪色，然后隨著有機(jī)著色劑以不同的速率失去飽和度，色調(diào)變?yōu)樽睾稚?，然后變?yōu)榫G色。
室內(nèi)紫外線照射可能并不總是被認(rèn)為是一個(gè)重要的退化因素。在聚丙烯熒光燈裝置的情況下證明了這一點(diǎn)，由于來(lái)自相鄰燈的紫外線照射，該裝置變色并變得白堊和易碎。
許多新的著色劑主要是帶有聚合物載體的濃縮物，將此載體添加到其他基礎(chǔ)聚合物中會(huì)影響系統(tǒng)的耐候性能。此外，在載體中穩(wěn)定的顏料在基礎(chǔ)聚合物中可能不那么穩(wěn)定。對(duì)于硬質(zhì)和增塑 PVC尤其如此，其中許多顏料與 PVC 在戶外逐漸脫氯化氫引起的高酸度不相容。
來(lái)自同一供應(yīng)商的不同工廠甚至不同反應(yīng)器的“相同規(guī)格”樹(shù)脂在交聯(lián)、分子量分布、側(cè)鏈支化或顆粒大小方面可能不同。所有這些都會(huì)影響加工和耐候老化性能。對(duì)于聚丙烯等半結(jié)晶聚合物來(lái)說(shuō)尤其如此。在一種情況下，好產(chǎn)品和壞產(chǎn)品批次之間先進(jìn)明顯的區(qū)別是樹(shù)脂中鈣含量的可測(cè)量增加。經(jīng)調(diào)查，確定這發(fā)生在樹(shù)脂供應(yīng)商開(kāi)始從不同工廠發(fā)貨時(shí)，鈣的差異歸因于造粒操作中使用的當(dāng)?shù)毓┧?。這種變化影響了樹(shù)脂的耐候性。
填料和其他散裝添加劑經(jīng)常以價(jià)格購(gòu)買，但當(dāng)非技術(shù)買家為了節(jié)省一分錢而更換供應(yīng)商或等級(jí)時(shí)，他們可能會(huì)損害產(chǎn)品性能。例如，滑石可以吸收HALS紫外線穩(wěn)定劑并降低其有效性。并且各種二氧化硅填料中的金屬含量會(huì)催化PP 的降解，除非它足夠穩(wěn)定。
從某種意義上說(shuō)，所有聚合物添加劑都可以被認(rèn)為是污染物。盡管它們具有積極的價(jià)值，但它們也可能具有不良的副作用。例如，二氧化鈦用于保護(hù)硬質(zhì)乙烯基等樹(shù)脂免受紫外線傷害。然而，眾所周知，二氧化鈦在存在紫外線和水分的情況下會(huì)導(dǎo)致聚合物降解，從而導(dǎo)致乙烯基壁板和門窗型材的粉化。幸運(yùn)的是，可以通過(guò)使用具有適當(dāng)表面涂層的耐候性二氧化鈦來(lái)避免粉化。
炭黑是另一種常添加用于防紫外線的顏料。然而，炭黑有許多等級(jí)和形式。其中一些具有更高水平的表面官能團(tuán)，可以吸附抗氧化劑，從而降低而不是提高整體穩(wěn)定性。
通常添加金屬螯合物如硬脂酸鈣和硬脂酸鋅作為加工穩(wěn)定劑。然而，它們可能對(duì)其他添加劑產(chǎn)生拮抗作用，例如受阻胺光穩(wěn)定劑 (HALS)。結(jié)果會(huì)降低耐候性。
受阻酚類抗氧化劑作為加工穩(wěn)定劑添加到許多聚合物中。但是，它們可能會(huì)在產(chǎn)品使用壽命期間與大氣中的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生泛黃或粉紅色。需要輔助穩(wěn)定劑來(lái)盡量減少這種“氣體褪色”問(wèn)題。
當(dāng)材料暴露在過(guò)高的溫度下時(shí)，這種效果會(huì)更加突出。例如，一家野餐冰柜制造商發(fā)現(xiàn)它的倉(cāng)庫(kù)里裝滿了冷卻器，白色PVC內(nèi)襯出現(xiàn)粉紅色斑點(diǎn)。問(wèn)題是倉(cāng)庫(kù)在夏天達(dá)到了100華氏度的溫度。汽車TPO的過(guò)熱加工經(jīng)常會(huì)遇到類似的顏色問(wèn)題。
提交產(chǎn)品進(jìn)行耐候測(cè)試的另一個(gè)原因是確保不正確的處理不會(huì)影響使用中的耐用性。在過(guò)高溫度下加工的乙烯基壁板過(guò)早變黃只是一個(gè)例子。許多產(chǎn)品故障可追溯到諸如提高成型溫度以處理“困難”批次的樹(shù)脂或提高擠出機(jī)速度和模頭溫度以提高產(chǎn)量等做法。這些步驟通過(guò)引發(fā)自由基氧化和自催化降解機(jī)制、消耗抗氧化劑并使聚合物對(duì)紫外線攻擊敏感，對(duì)聚合物產(chǎn)生負(fù)面影響。
測(cè)試還可以驗(yàn)證二次加工程序。例如，聚碳酸酯汽車前照燈罩需要硬涂層以防止劃傷和紫外線引起的泛黃。但是，涂裝不當(dāng)?shù)挠餐繉訒?huì)在暴露于天氣后分層。
在配制產(chǎn)品以提高使用壽命時(shí)，可能會(huì)忽略二次加工可能產(chǎn)生的有害影響。在一個(gè)案例中，注塑成型的PVC車庫(kù)門制造商使用了一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的化合物，并對(duì)成型操作進(jìn)行了嚴(yán)格控制。然而，門段具有通過(guò)超聲波對(duì)接焊接的斜接角。盡管PVC在初始加工和正常老化時(shí)是穩(wěn)定的，但焊接過(guò)程會(huì)導(dǎo)致對(duì)接接頭的熱降解，導(dǎo)致在戶外暴露時(shí)嚴(yán)重泛黃和開(kāi)裂。
許多塑料都經(jīng)過(guò)涂層處理以提高性能或外觀特性。這些涂層有時(shí)會(huì)對(duì)塑料產(chǎn)生負(fù)面影響，例如增加泛黃。例如，新的高爾夫球通常具有防滑涂層以較大程度地減少空氣阻力，但該涂層可能會(huì)導(dǎo)致塑料基材變色。
將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成故障安全型或測(cè)試所有可能性都是不可行的。然而，影響產(chǎn)品耐用性的可識(shí)別變量通常有限。因此，材料生產(chǎn)商和加工商應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行基本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以衡量產(chǎn)品對(duì)配方、加工和環(huán)境因素的敏感性。統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)比“測(cè)試它，看看會(huì)發(fā)生什么”的方法更有效率和成本效益。
即使是適度的耐久性測(cè)試計(jì)劃通常也可以通過(guò)降低保修成本并允許加工商優(yōu)化配方和加工方法而不影響產(chǎn)品的耐候性來(lái)收回成本。
如果不進(jìn)行測(cè)試，樹(shù)脂、添加劑或加工的變化可能會(huì)導(dǎo)致耐候性能出現(xiàn)令人不快的意外。
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
