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毫無疑問，在所有關(guān)于氣候老化的討論中被問及*多的問題是“人造老化儀器運行多長時間相當(dāng)于自然環(huán)境中的一年？”如果有人說：“該問題的準確答案是1 200 h”。你可能會問他們更多的技術(shù)問題及一些常識問題，來解我們所在環(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金錢和時間做人工老化試驗是很愚蠢的。如果這個問題使在氣候方面知識淵博、經(jīng)驗豐富的研究人員們也感到為難，他們也許會說：“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)嶒炇胰斯し椒焖俚赝瓿稍囼?。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)境曝曬所用的時間與在加速條件下使用的時間之比。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定法，電子自旋共振，或化學(xué)熒光法測出。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。

一個加速老化相關(guān)性的舉例

也許能夠形象地描述在進行過度加速氣候老化試驗時會發(fā)生什么的*好方法是講那個雞和蛋的故事。但不是傳統(tǒng)的“先有雞還是先有蛋？”的問題。比如，一個雞蛋，我們知道雞蛋在35℃的環(huán)境中約21 d 就會孵化出

小雞。這與在自然環(huán)境中測試材料的耐久性很相似。當(dāng)然不少材料工程師都強調(diào)“我不能等那么長時間出結(jié)果??！”但是如果我們試圖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，但是我們有時會忘記在我們做加速氣候老化試驗時也可能發(fā)生同樣的事。以下是幾個降低相關(guān)性的因素：

著手進行一次氣候老化試驗概述了解構(gòu)成氣候的重要參數(shù)，自然氣候老化方法，實驗室氣候老化儀器和這些方法中現(xiàn)有的優(yōu)缺點是設(shè)計一個氣候老化的重要一步。但是，將試樣交給獨立的測試機構(gòu)，或不加思索、毫無計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估，特別是作為分析結(jié)果的錯誤決策。目前有許多關(guān)于試驗設(shè)計的刊物和課程，但是這些信息缺乏與實際的氣候老化試驗的聯(lián)系。ASTM E 632 用于預(yù)測建筑構(gòu)件及材料使用壽命的加速試驗標準設(shè)計方法，是一個正確設(shè)計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)計一個試驗首先要確定試驗?zāi)康?。你的試驗是符合某個標準還是測試所銷售產(chǎn)品的性能？這可能是一個比較簡單的目的，因為試驗經(jīng)常是按照客戶的規(guī)定和要求進行。很多時候，這些標準甚至要規(guī)定儀器的型號，試驗周期或?qū)嶒灧椒?，同時提供有關(guān)試驗時間的確切的信息。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)參照一個共同的汽車測試規(guī)范規(guī)定試驗及儀器，時間長度或輻照量，要進行的評估和可接收的受測材料的*小性能改變。

有時試驗的目的是要將目前的產(chǎn)品與舊配方進行比較，或比較一個新的生產(chǎn)過程，或是比較某個競爭者的產(chǎn)品。這類試驗?zāi)康囊竽憧紤]的更多，因為試驗的參數(shù)可能是不確定的?？赡苄枰治鲈S多與材料、過程、氣候強度相關(guān)的可變因素，或者這些因素共同作用產(chǎn)生的影響。例如，測試材料配方時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)濟的，或者哪個供應(yīng)商會提供更好的適合你的應(yīng)用或材料的穩(wěn)定劑。與生產(chǎn)過程有關(guān)的問題是增加擠出速度將會產(chǎn)生的影響，重新規(guī)定的涂層厚度，或驗證不同的表面處理方法。與復(fù)雜的研究開發(fā)有關(guān)的問題將包括所有有關(guān)配方和生產(chǎn)過程的相關(guān)信息，并確定何種氣候強度會導(dǎo)致老化。這樣才能進行真正的材料使用壽命預(yù)測測試。

問題的確定    對于這些試驗，首要的任務(wù)是確定對產(chǎn)品在有效期內(nèi)的性能要求和標準。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？物理特性如拉伸強度、破裂、脆性、沖擊強度或耐磨強度等是否重要？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)男阅軜藴?，就必須清楚有效的評估方法，并且知道如何建立這些評估結(jié)果與客戶要求之間的聯(lián)系。

這一表征過程的下一步是了解對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，可能還會使你發(fā)現(xiàn)其它老化因素，例如化學(xué)排斥、風(fēng)力負荷、安裝過程、或典型的使用中的磨損和破壞。在設(shè)計試驗的*后幾個階段時，了解材料在*終使用環(huán)境中這些因素極限水平也很重要。

這一過程的*后一步是確定引起材料特性改變的老化機理，從而將執(zhí)行的標準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理，將減少在*終預(yù)測產(chǎn)品使用壽命過程中出現(xiàn)差錯的機會。完成這一步的工作就為初步設(shè)計加速老化試驗并*終使用這些加速試驗方法獲得更好的相關(guān)性打下基礎(chǔ)。

預(yù)試驗    預(yù)試驗是改善產(chǎn)品耐久性過程的第二步。這些試驗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（或排除）在確定問題階段確定的一些因素。從預(yù)試驗中獲得的信息可能包括可能用做老化指標的特性改變，這些因素的要性順序，各種特性變化的機理和促使材料特性快速改變的老化因素的強度。當(dāng)然，這些因素的強度不應(yīng)超過受測材料在實際被使用環(huán)境中的極限值，這些極限值是在問題確定階段中被確定的。

試驗    這一階段的目的是：（l）設(shè)計和進行新的或改進的加速耐久性預(yù)測試驗。（2）設(shè)計和進行作為比較的基礎(chǔ)的實際使用試驗。（3）測量在實際使用過程中材料特性變化的速度。（4）比較在實際使用試驗和加速試驗中測到的變化。

長期的實際使用試驗應(yīng)側(cè)重于對材料起重要作用的老化因素。這可能包括整套系統(tǒng)的實際使用試驗或在戶外標準氣候試驗場進行遴選材料的曝曬。設(shè)計試驗并考慮所有重要因素是*基本的。各老化因素的強度和幅度應(yīng)在試驗中測量。

加速老化試驗的目的是提供相對快速的測量材料在長期使用試驗中發(fā)生的特性改變程度的方法。這些試驗是普遍基于在預(yù)試驗階段獲得的數(shù)據(jù)設(shè)計的。某些在實際環(huán)境中不重要的影響卻能導(dǎo)致相似老化的因素的強度會比預(yù)試驗時低。在進行長期試驗時，各種老化因素應(yīng)能被測量，并且應(yīng)該對在問題確定階段被認為重要的材料特性用標準的，定性的方法進行評估。

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

遺憾的是，改變加速試驗中各老化因素的水平不一定會預(yù)期地直接影響材料特性的變化。即使在問題確定階段做出了正確的分析，改變某個特定的老化因素水平也不一定會影響到材料特性的變化。在設(shè)計加速老化試驗時應(yīng)始終具有協(xié)同作用的概念。協(xié)同作用使對不同試驗結(jié)果的分析更加困難，特別是在將長期試驗結(jié)果和加速試驗結(jié)果進行比較時。

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