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毫無(wú)疑問(wèn)，在所有關(guān)于氣候老化的討論中被問(wèn)及*多的問(wèn)題是“人造老化儀器運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間相當(dāng)于自然環(huán)境中的一年？”如果有人說(shuō)：“該問(wèn)題的準(zhǔn)確答案是1 200 h”。你可能會(huì)問(wèn)他們更多的技術(shù)問(wèn)題及一些常識(shí)問(wèn)題，來(lái)解我們所在環(huán)境中的所有能使其變化的因素。相反，如果有人回答：“我不知道。”你可能首先想到他花費(fèi)金錢(qián)和時(shí)間做人工老化試驗(yàn)是很愚蠢的。如果這個(gè)問(wèn)題使在氣候方面知識(shí)淵博、經(jīng)驗(yàn)豐富的研究人員們也感到為難，他們也許會(huì)說(shuō)：“那得看在何種情況下。”也許，這才是正確的答案。

相關(guān)性與加速老化的定義

在材料耐久性方面，加速老化是指與傳統(tǒng)的室外老化相比，使用自然加快或?qū)嶒?yàn)室人工方法快速地完成試驗(yàn)。這通常被表述為在同樣使材料特性發(fā)生特定改變的情況下，自然環(huán)境曝曬所用的時(shí)間與在加速條件下使用的時(shí)間之比。相關(guān)性可以被定義為使用某種人工環(huán)境方法得出的結(jié)果與實(shí)際環(huán)境或使用環(huán)境效果趨同的能力。這種結(jié)果當(dāng)然是指在曝曬中材料產(chǎn)生的變化。這些變化可能是機(jī)械的或外觀的改變，例如失去光澤、變色，拉伸性能的改變等，也可以是化學(xué)變化，這些變化可以用紅外分光光度測(cè)定法，電子自旋共振，或化學(xué)熒光法測(cè)出。相關(guān)性可用逆向分析法、Pearson 或Spearman相關(guān)系數(shù)、或Pair Error 分析法量化導(dǎo)出。

一個(gè)加速老化相關(guān)性的舉例

也許能夠形象地描述在進(jìn)行過(guò)度加速氣候老化試驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)生什么的*好方法是講那個(gè)雞和蛋的故事。但不是傳統(tǒng)的“先有雞還是先有蛋？”的問(wèn)題。比如，一個(gè)雞蛋，我們知道雞蛋在35℃的環(huán)境中約21 d 就會(huì)孵化出

小雞。這與在自然環(huán)境中測(cè)試材料的耐久性很相似。當(dāng)然不少材料工程師都強(qiáng)調(diào)“我不能等那么長(zhǎng)時(shí)間出結(jié)果??！”但是如果我們?cè)噲D加速小雞的孵化而把雞蛋放置在180℃的環(huán)境中約中5 min，我們得到的是一個(gè)煎蛋而不是一只小雞！現(xiàn)在我們知道在雞與蛋的故事中加速孵化的結(jié)果，但是我們有時(shí)會(huì)忘記在我們做加速氣候老化試驗(yàn)時(shí)也可能發(fā)生同樣的事。以下是幾個(gè)降低相關(guān)性的因素：

著手進(jìn)行一次氣候老化試驗(yàn)概述了解構(gòu)成氣候的重要參數(shù)，自然氣候老化方法，實(shí)驗(yàn)室氣候老化儀器和這些方法中現(xiàn)有的優(yōu)缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)一個(gè)氣候老化的重要一步。但是，將試樣交給獨(dú)立的測(cè)試機(jī)構(gòu)，或不加思索、毫無(wú)計(jì)劃地將試樣放入人工氣候老化儀器中將導(dǎo)致數(shù)據(jù)不足，不正確的暴露試樣評(píng)估，特別是作為分析結(jié)果的錯(cuò)誤決策。目前有許多關(guān)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的刊物和課程，但是這些信息缺乏與實(shí)際的氣候老化試驗(yàn)的聯(lián)系。ASTM E 632 用于預(yù)測(cè)建筑構(gòu)件及材料使用壽命的加速試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法，是一個(gè)正確設(shè)計(jì)氣候老化的有益工具。盡管增加了一些

其他信息，這部分的內(nèi)容仍然主要是基于ASTM E 632。

設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)首先要確定試驗(yàn)?zāi)康摹Ｄ愕脑囼?yàn)是符合某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)還是測(cè)試所銷售產(chǎn)品的性能？這可能是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的目的，因?yàn)樵囼?yàn)經(jīng)常是按照客戶的規(guī)定和要求進(jìn)行。很多時(shí)候，這些標(biāo)準(zhǔn)甚至要規(guī)定儀器的型號(hào)，試驗(yàn)周期或?qū)嶒?yàn)方法，同時(shí)提供有關(guān)試驗(yàn)時(shí)間的確切的信息。在汽車工業(yè)中這種要求是普遍的，業(yè)內(nèi)的汽車制造商已經(jīng)參照一個(gè)共同的汽車測(cè)試規(guī)范規(guī)定試驗(yàn)及儀器，時(shí)間長(zhǎng)度或輻照量，要進(jìn)行的評(píng)估和可接收的受測(cè)材料的*小性能改變。

有時(shí)試驗(yàn)的目的是要將目前的產(chǎn)品與舊配方進(jìn)行比較，或比較一個(gè)新的生產(chǎn)過(guò)程，或是比較某個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者的產(chǎn)品。這類試驗(yàn)?zāi)康囊竽憧紤]的更多，因?yàn)樵囼?yàn)的參數(shù)可能是不確定的?？赡苄枰治鲈S多與材料、過(guò)程、氣候強(qiáng)度相關(guān)的可變因素，或者這些因素共同作用產(chǎn)生的影響。例如，測(cè)試材料配方時(shí)可能包括分析某種穩(wěn)定劑的用量，添加多少穩(wěn)定劑才是*經(jīng)濟(jì)的，或者哪個(gè)供應(yīng)商會(huì)提供更好的適合你的應(yīng)用或材料的穩(wěn)定劑。與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的問(wèn)題是增加擠出速度將會(huì)產(chǎn)生的影響，重新規(guī)定的涂層厚度，或驗(yàn)證不同的表面處理方法。與復(fù)雜的研究開(kāi)發(fā)有關(guān)的問(wèn)題將包括所有有關(guān)配方和生產(chǎn)過(guò)程的相關(guān)信息，并確定何種氣候強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致老化。這樣才能進(jìn)行真正的材料使用壽命預(yù)測(cè)測(cè)試。

問(wèn)題的確定    對(duì)于這些試驗(yàn)，首要的任務(wù)是確定對(duì)產(chǎn)品在有效期內(nèi)的性能要求和標(biāo)準(zhǔn)。首先要確定極限性能和特性。外觀特性如顏色、光澤、粗糙度或微生物污染等是否重要？物理特性如拉伸強(qiáng)度、破裂、脆性、沖擊強(qiáng)度或耐磨強(qiáng)度等是否重要？是否還有其它諸如耐洗性、電氣特性、尺寸穩(wěn)定性、或附著力等特性？一旦建立了適當(dāng)?shù)男阅軜?biāo)準(zhǔn)，就必須清楚有效的評(píng)估方法，并且知道如何建立這些評(píng)估結(jié)果與客戶要求之間的聯(lián)系。

這一表征過(guò)程的下一步是了解對(duì)那些可能影響已確定為主要特性改變的氣候老化因素的類型及范圍。我們已經(jīng)討論了*普遍的老化因素，例如輻射、溫度、濕度和腐蝕。了解其中哪些因素更重要，可能還會(huì)使你發(fā)現(xiàn)其它老化因素，例如化學(xué)排斥、風(fēng)力負(fù)荷、安裝過(guò)程、或典型的使用中的磨損和破壞。在設(shè)計(jì)試驗(yàn)的*后幾個(gè)階段時(shí)，了解材料在*終使用環(huán)境中這些因素極限水平也很重要。

這一過(guò)程的*后一步是確定引起材料特性改變的老化機(jī)理，從而將執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與這些老化因素相結(jié)合。如果知道材料的化學(xué)成分，就有可能確定特定的化學(xué)反應(yīng)，例如水解作用和光氧化作用。盡管不能了解所有的相關(guān)內(nèi)容，但是，盡量確定所有可能的作用機(jī)理，將減少在*終預(yù)測(cè)產(chǎn)品使用壽命過(guò)程中出現(xiàn)差錯(cuò)的機(jī)會(huì)。完成這一步的工作就為初步設(shè)計(jì)加速老化試驗(yàn)并*終使用這些加速試驗(yàn)方法獲得更好的相關(guān)性打下基礎(chǔ)。

預(yù)試驗(yàn)    預(yù)試驗(yàn)是改善產(chǎn)品耐久性過(guò)程的第二步。這些試驗(yàn)揭示因暴露在的老化環(huán)境中材料能夠產(chǎn)生的特性改變。這些改變證實(shí)（或排除）在確定問(wèn)題階段確定的一些因素。從預(yù)試驗(yàn)中獲得的信息可能包括可能用做老化指標(biāo)的特性改變，這些因素的要性順序，各種特性變化的機(jī)理和促使材料特性快速改變的老化因素的強(qiáng)度。當(dāng)然，這些因素的強(qiáng)度不應(yīng)超過(guò)受測(cè)材料在實(shí)際被使用環(huán)境中的極限值，這些極限值是在問(wèn)題確定階段中被確定的。

試驗(yàn)    這一階段的目的是：（l）設(shè)計(jì)和進(jìn)行新的或改進(jìn)的加速耐久性預(yù)測(cè)試驗(yàn)。（2）設(shè)計(jì)和進(jìn)行作為比較的基礎(chǔ)的實(shí)際使用試驗(yàn)。（3）測(cè)量在實(shí)際使用過(guò)程中材料特性變化的速度。（4）比較在實(shí)際使用試驗(yàn)和加速試驗(yàn)中測(cè)到的變化。

長(zhǎng)期的實(shí)際使用試驗(yàn)應(yīng)側(cè)重于對(duì)材料起重要作用的老化因素。這可能包括整套系統(tǒng)的實(shí)際使用試驗(yàn)或在戶外標(biāo)準(zhǔn)氣候試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行遴選材料的曝曬。設(shè)計(jì)試驗(yàn)并考慮所有重要因素是*基本的。各老化因素的強(qiáng)度和幅度應(yīng)在試驗(yàn)中測(cè)量。

加速老化試驗(yàn)的目的是提供相對(duì)快速的測(cè)量材料在長(zhǎng)期使用試驗(yàn)中發(fā)生的特性改變程度的方法。這些試驗(yàn)是普遍基于在預(yù)試驗(yàn)階段獲得的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的。某些在實(shí)際環(huán)境中不重要的影響卻能導(dǎo)致相似老化的因素的強(qiáng)度會(huì)比預(yù)試驗(yàn)時(shí)低。在進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)時(shí)，各種老化因素應(yīng)能被測(cè)量，并且應(yīng)該對(duì)在問(wèn)題確定階段被認(rèn)為重要的材料特性用標(biāo)準(zhǔn)的，定性的方法進(jìn)行評(píng)估。

如果初步的加速方法不能產(chǎn)生實(shí)際使用中發(fā)生的老化作用，或在長(zhǎng)期試驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)應(yīng)出現(xiàn)的機(jī)理，加速試驗(yàn)就應(yīng)該在重新鑒定在問(wèn)題確定和預(yù)試驗(yàn)分析階段取得的數(shù)據(jù)后加以改進(jìn)。以上分步過(guò)程如下面的框圖所示。

遺憾的是，改變加速試驗(yàn)中各老化因素的水平不一定會(huì)預(yù)期地直接影響材料特性的變化。即使在問(wèn)題確定階段做出了正確的分析，改變某個(gè)特定的老化因素水平也不一定會(huì)影響到材料特性的變化。在設(shè)計(jì)加速老化試驗(yàn)時(shí)應(yīng)始終具有協(xié)同作用的概念。協(xié)同作用使對(duì)不同試驗(yàn)結(jié)果的分析更加困難，特別是在將長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果和加速試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)。

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