門窗用聚氯乙烯型材耐候老化測試研究

叢敬梅 張恒 孫杏蕾

一、對比試驗背景

目前門窗用PVC型材的耐候老化測試研究，一般按照GB/T8814《門、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材》的要求進(jìn)行測試。不過GB/T8814中的氙燈試驗方法測試時間較長，很多PVC廠家都已采用紫外試驗方法進(jìn)行測試，而且美國VSI（VinylSidingInstitute）采用的實驗室加速老化試驗方法也是紫外試驗方法。因此本文通過開展氙燈、紫外實驗室加速老化測試與戶外自然曝曬對比試驗，以確定能否采用紫外加速老化試驗方法用于門窗用PVC型材的耐候老化測試研究。

二、實驗室加速測試與戶外曝曬對比試驗

1. 試驗樣品

本次試驗的樣品由國內(nèi)主要PVC廠家提供。一共27種樣品，其中3號，10號、11號、12號、20號、22號、23號、24號、27號9種樣品為彩色，其余樣品為白色。

2. 試驗方法

（1）戶外自然曝曬

戶外曝曬選擇干旱氣候條件的烏魯木齊，亞熱帶氣候條件的福州和高原氣候條件的格爾木三個地方，戶外曝曬的角度都是45°朝南。每隔3個月評估一次樣品。

（2）實驗室加速試驗方法

實驗室加速老化測試既選擇了GB/T8814中規(guī)定的氙燈試驗方法，也參照VSI測試條件及ASTMG154標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了紫外老化試驗。具體的試驗條件如表1、表2所示。

表1 氙燈加速老化試驗條件

表2 紫外加速老化試驗條件

按照表1中的試驗條件，氙燈試驗分別在192h、288h、384h、576h和768h測試樣品的顏色變化。按照表2中的試驗條件，紫外試驗分別在96h、192h、288h和384h測試樣品的顏色變化。

3. 試驗結(jié)果

（1）戶外曝曬結(jié)果

在烏魯木齊、福州和格爾木曝曬24個月后，樣品發(fā)生的顏色變化如圖1、圖2和圖3所示。圖4是16號樣品在烏魯木齊、福州和格爾木的不同曝曬時間發(fā)生的顏色變化。

通過觀察樣品的顏色變化，及圖4中16號樣品在不同曝曬時間發(fā)生的顏色變化，發(fā)現(xiàn)在戶外曝曬24個月樣品的顏色變化沒有曝曬18個月的顏色變化厲害。在測試樣品顏色變化的同時，我們也觀察了樣品的粉化情況，所有樣品都未出現(xiàn)粉化狀況。樣品的顏色變化出現(xiàn)這種情況，可能與戶外污染物有關(guān)，曝曬的時間越長，樣品表面的灰塵等污染物對試驗結(jié)果的影響越大。

除此之外，我們還發(fā)現(xiàn)彩色樣品 （樣品編號為：3號，10號，11號，12號，20號，22號，23號，24號，27號）相比白色樣品顏色變化很小，老化性能較好。

圖1 樣品在烏魯木齊曝曬后的顏色變化

圖2 樣品在福州曝曬后的顏色變化

圖3 樣品在格爾木曝曬后的顏色變化

圖4 第16號樣品在戶外不同曝曬時間發(fā)生的顏色變化

根據(jù)所得測試結(jié)果的數(shù)據(jù)，我們還計算了烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)rs(spearman相關(guān)系數(shù))，如表3、表4和表5所示。該相關(guān)系數(shù)指的是利用兩種不同的測試方法或在兩個不同的曝曬地點對一組樣品進(jìn)行測試，所得試驗結(jié)果之間的相關(guān)性。相關(guān)系數(shù)rs的計算公式為：rs=1-6∑d2i/[n(n2-1)]，其中n指的是樣品的個數(shù)，di指的是兩列排序中每一組排位數(shù)之間的差值。

從表3、表4和表5發(fā)現(xiàn)，戶外曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。3個不同曝曬地點、不同曝曬時間之間的相關(guān)系數(shù)絕大多數(shù)都大于0.70，在福州曝曬12個月和曝曬18個月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.95。

表3中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.81，說明烏魯木齊與福州曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表4中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.81，說明烏魯木齊與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表5中相關(guān)系數(shù)的平均值是0.79，說明烏福州與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。

表3 烏魯木齊與福州曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

表4 烏魯木齊與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

表5 福州與格爾木曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性

（2）氙燈加速老化試驗結(jié)果

使用氙燈試驗箱對以上27個樣品進(jìn)行實驗室加速老化試驗。樣品的顏色變化如圖5所示。

圖5 氙燈試驗箱中樣品的顏色變化

從圖5發(fā)現(xiàn)，氙燈試驗箱中樣品的顏色變化一般是隨著試驗時間的增加而變大。而且同戶外曝曬一樣，也是彩色樣品 （樣品編號為：3號，10號，11號，12號，20號，22號，23號，24號，27號）顏色變化較小，老化性能較好。

按照上面提到的相關(guān)性計算公式，我們計算了氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關(guān)性，如表6所示。

從表6發(fā)現(xiàn)，氙燈試驗與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且隨著試驗時間的增長，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)在變大。除了曝曬192小時，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關(guān)性較好，大部分相關(guān)系數(shù)都大于0.70。在氙燈試驗箱中曝曬較短時間，如192小時，與戶外曝曬之間的相關(guān)性之所以不是很好，是因為此時大部分樣品的顏色變化都比較小，還沒有最終區(qū)分出哪些樣品容易發(fā)生顏色變化，哪些樣品不容易發(fā)生顏色變化。

表6 氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關(guān)性

根據(jù)圖1、圖2、圖3和圖5的顏色變化數(shù)據(jù)可知，在氙燈試驗箱中測試768小時，其樣品的顏色變化沒有戶外曝曬24個月的顏色變化大。所以我們以在氙燈試驗箱中測試768小時樣品發(fā)生的顏色變化為基準(zhǔn)，分別計算每種樣品在氙燈試驗箱中的顏色變化相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬多少個月，然后取其算術(shù)平均值。計算結(jié)果表明，在氙燈試驗箱中測試768小時相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木大概6個月。此時氙燈試驗與烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.87、0.70和0.82，平均值為0.80。

（3）紫外加速老化試驗結(jié)果

使用QUV紫外試驗機對27種樣品進(jìn)行實驗室加速老化試驗。樣品的顏色變化，如圖6所示。

圖6QUV紫外試驗機中樣品的顏色變化

從圖6發(fā)現(xiàn)，在QUV紫外試驗機中，樣品的顏色變化一般是隨著試驗時間的增加而變大，而且同戶外曝曬和氙燈試驗一樣，也是彩色樣品 （樣品編號為：3號，10號，11號，12號，20號，22號，23號，24號，27號）顏色變化較小，老化性能較好。

同樣地，我們也計算了QUV紫外試驗機與戶外曝曬之間的相關(guān)性，如表7所示。

表7QUV紫外試驗機與戶外曝曬之間的相關(guān)性

從表7發(fā)現(xiàn)，QUV紫外試驗機與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且大部分相關(guān)系數(shù)都大于0.70，在QUV中曝曬384小時與在烏魯木齊曝曬12個月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.89。

根據(jù)圖1、圖2、圖3和圖6的顏色變化數(shù)據(jù)可知，在QUV紫外試驗機中測試384小時，其樣品的顏色變化比戶外曝曬24個月的顏色變化大。而且前面我們提到在戶外曝曬24個月樣品的顏色變化沒有曝曬18個月的顏色變化厲害。所以我們以在戶外曝曬18個月時樣品發(fā)生的顏色變化為基準(zhǔn)，分別計算每種樣品在QUV紫外試驗機中測試多少小時的顏色變化相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木戶外曝曬18個月，然后取其算術(shù)平均值。計算結(jié)果表明，在QUV紫外試驗機中測試192小時左右相當(dāng)于烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬18個月。此時紫外試驗與烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.81，0.80和0.70，平均值為0.77。

三、結(jié)論

通過實驗室加速老化與戶外自然曝曬對比試驗，我們得出如下結(jié)論：

戶外曝曬會受到很多環(huán)境因素的影響，如樣品表面的灰塵等污染物對樣品顏色變化數(shù)據(jù)會產(chǎn)生比較大的影響。樣品在戶外曝曬24個月的顏色變化沒有曝曬18個月的顏色變化厲害，可能就與樣品表面的灰塵有關(guān)。

戶外曝曬結(jié)果之間的相關(guān)性較好。3個不同曝曬地點、不同曝曬時間之間的相關(guān)系數(shù)絕大多數(shù)都大于0.70，在福州曝曬12個月和曝曬18個月之間的相關(guān)系數(shù)甚至高達(dá)0.95。

氙燈試驗與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且隨著試驗時間的增長，氙燈試驗與戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)在變大。而且經(jīng)計算所得，在氙燈試驗箱中測試768小時相當(dāng)于烏魯木齊、福州和格爾木大概6個月。此時氙燈試驗與3個戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)的平均值為0.80。

QUV紫外試驗機與烏魯木齊、福州和格爾木之間的相關(guān)性差不多。而且經(jīng)計算所得，在QUV紫外試驗機中測試192小時左右相當(dāng)于烏魯木齊，福州和格爾木戶外曝曬18個月。此時紫外試驗與3個戶外曝曬之間的相關(guān)系數(shù)的平均值為0.77。這就說明，使用QUV紫外試驗機進(jìn)行加速試驗不但與戶外曝曬之間的相關(guān)性好，而且可以更快地得到測試結(jié)果，大概是氙燈試驗加速倍率的12倍。所以可以采用紫外加速老化試驗方法用于門窗用PVC型材的耐候老化測試研究。

[1]GB/T8814門、窗用未增塑聚氯乙烯 （PVC-U）型材

[2]張恒.QUV和Q-Sun兩種有效測試耐候性和光穩(wěn)定性方法的比較.汽車工藝與材料，2006年第8期