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塑料零部件的耐候老化測試正在成為(wei) 阻止潛在產(chan) 品故障的關(guan) 鍵步驟。隨著OEM 越來越多地求助於(yu) 處理器進行設計和材料選擇，服務中老化故障的責任也正在沿著供應鏈向下傳(chuan) 遞。在汽車塑料中尤其如此。原始設備製造商、加工商、配混商和添加劑供應商之間通常沒有充分溝通產(chan) 品將麵臨(lin) 的服務環境。誤解產(chan) 品的使用方式或使用地點是產(chan) 品失敗的根源。
製造商麵臨(lin) 著提高產(chan) 品性能並同時降低成本的壓力。他們(men) 正在轉向新材料和添加劑作為(wei) 潛在的解決(jue) 方案。但是在沒有充分測試的情況下引入這些未知因素有助於(yu) 解釋為(wei) 什麽(me) 與(yu) 老化相關(guan) 的故障發生率正在上升。
精心策劃的老化測試計劃可以提前識別這些風險。不幸的是，許多加工商及其客戶對如何測試耐候性並不了解。
塑料製品不合格的主要原因有三個(ge) ：
· 糟糕的設計，包括不適合最終使用環境的材料配方。
· 在設計標準之外使用產(chan) 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生變化，例如變黃、褪色、變色或失去光澤。對於(yu) 其他產(chan) 品，故障是根據機械完整性和物理性能來定義(yi) 的，例如洗衣機中的尼龍齒輪變脆和破裂。
客戶希望他們(men) 的塑料產(chan) 品在預期的大部分使用壽命內(nei) 都表現良好且外觀良好。但是，由客戶來定義(yi) 外觀變化何時會(hui) 導致產(chan) 品“失敗”。
塑料材料和產(chan) 品正在被引入可能尚未設計或測試的全球市場。最大的交通管製產(chan) 品製造商之一將用於(yu) 戶外測試的樣本發送到其他國家，測試產(chan) 品對當地環境的特有敏感性，從(cong) 而預測產(chan) 品在該地的耐久性。
新聚合物、傳(chuan) 統聚合物的變體(ti) （如茂金屬等級）以及新的共聚物共混物和合金因其成本性能或加工優(you) 勢而受到積極推銷。然而，這些新材料的耐久性仍然是一個(ge) 問號，沒有經過充分的測試。同樣，基於(yu) 新型有機顏料和顏料混合物的新型著色劑係統正在取代基於(yu) 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定性和耐光性問題。
在一個(ge) 真實案例中，有色塑料家具零部件在短時間暴露於(yu) 透過窗玻璃進入的陽光下後顯示出嚴(yan) 重的褪色和色相變化。著色劑由無機白色和黑色顏料以及有機紅色、藍色和黃色組成。該產(chan) 品首先表現出整體(ti) 褪色，然後隨著有機著色劑以不同的速率失去飽和度，色調變為(wei) 棕褐色，然後變為(wei) 綠色。
室內(nei) 紫外線照射可能並不總是被認為(wei) 是一個(ge) 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，由於(yu) 來自相鄰燈的紫外線照射，該裝置變色並變得白堊和易碎。
許多新的著色劑主要是帶有聚合物載體(ti) 的濃縮物，將此載體(ti) 添加到其他基礎聚合物中會(hui) 影響係統的耐候性能。此外，在載體(ti) 中穩定的顏料在基礎聚合物中可能不那麽(me) 穩定。對於(yu) 硬質和增塑 PVC尤其如此，其中許多顏料與(yu) PVC 在戶外逐漸脫氯化氫引起的高酸度不相容。
來自同一供應商的不同工廠甚至不同反應器的“相同規格”樹脂在交聯、分子量分布、側(ce) 鏈支化或顆粒大小方麵可能不同。所有這些都會(hui) 影響加工和耐候老化性能。對於(yu) 聚丙烯等半結晶聚合物來說尤其如此。在一種情況下，好產(chan) 品和壞產(chan) 品批次之間先進明顯的區別是樹脂中鈣含量的可測量增加。經調查，確定這發生在樹脂供應商開始從(cong) 不同工廠發貨時，鈣的差異歸因於(yu) 造粒操作中使用的當地供水。這種變化影響了樹脂的耐候性。
填料和其他散裝添加劑經常以價(jia) 格購買(mai) ，但當非技術買(mai) 家為(wei) 了節省一分錢而更換供應商或等級時，他們(men) 可能會(hui) 損害產(chan) 品性能。例如，滑石可以吸收HALS紫外線穩定劑並降低其有效性。並且各種二氧化矽填料中的金屬含量會(hui) 催化PP 的降解，除非它足夠穩定。
從(cong) 某種意義(yi) 上說，所有聚合物添加劑都可以被認為(wei) 是汙染物。盡管它們(men) 具有積極的價(jia) 值，但它們(men) 也可能具有不良的副作用。例如，二氧化鈦用於(yu) 保護硬質乙烯基等樹脂免受紫外線傷(shang) 害。然而，眾(zhong) 所周知，二氧化鈦在存在紫外線和水分的情況下會(hui) 導致聚合物降解，從(cong) 而導致乙烯基壁板和門窗型材的粉化。幸運的是，可以通過使用具有適當表麵塗層的耐候性二氧化鈦來避免粉化。
炭黑是另一種常添加用於(yu) 防紫外線的顏料。然而，炭黑有許多等級和形式。其中一些具有更高水平的表麵官能團，可以吸附抗氧化劑，從(cong) 而降低而不是提高整體(ti) 穩定性。
通常添加金屬螯合物如硬脂酸鈣和硬脂酸鋅作為(wei) 加工穩定劑。然而，它們(men) 可能對其他添加劑產(chan) 生拮抗作用，例如受阻胺光穩定劑 (HALS)。結果會(hui) 降低耐候性。
受阻酚類抗氧化劑作為(wei) 加工穩定劑添加到許多聚合物中。但是，它們(men) 可能會(hui) 在產(chan) 品使用壽命期間與(yu) 大氣中的氮氧化物發生反應，從(cong) 而產(chan) 生泛黃或粉紅色。需要輔助穩定劑來盡量減少這種“氣體(ti) 褪色”問題。
當材料暴露在過高的溫度下時，這種效果會(hui) 更加突出。例如，一家野餐冰櫃製造商發現它的倉(cang) 庫裏裝滿了冷卻器，白色PVC內(nei) 襯出現粉紅色斑點。問題是倉(cang) 庫在夏天達到了100華氏度的溫度。汽車TPO的過熱加工經常會(hui) 遇到類似的顏色問題。
提交產(chan) 品進行耐候測試的另一個(ge) 原因是確保不正確的處理不會(hui) 影響使用中的耐用性。在過高溫度下加工的乙烯基壁板過早變黃隻是一個(ge) 例子。許多產(chan) 品故障可追溯到諸如提高成型溫度以處理“困難”批次的樹脂或提高擠出機速度和模頭溫度以提高產(chan) 量等做法。這些步驟通過引發自由基氧化和自催化降解機製、消耗抗氧化劑並使聚合物對紫外線攻擊敏感，對聚合物產(chan) 生負麵影響。
測試還可以驗證二次加工程序。例如，聚碳酸酯汽車前照燈罩需要硬塗層以防止劃傷(shang) 和紫外線引起的泛黃。但是，塗裝不當的硬塗層會(hui) 在暴露於(yu) 天氣後分層。
在配製產(chan) 品以提高使用壽命時，可能會(hui) 忽略二次加工可能產(chan) 生的有害影響。在一個(ge) 案例中，注塑成型的PVC車庫門製造商使用了一種經過驗證的化合物，並對成型操作進行了嚴(yan) 格控製。然而，門段具有通過超聲波對接焊接的斜接角。盡管PVC在初始加工和正常老化時是穩定的，但焊接過程會(hui) 導致對接接頭的熱降解，導致在戶外暴露時嚴(yan) 重泛黃和開裂。
許多塑料都經過塗層處理以提高性能或外觀特性。這些塗層有時會(hui) 對塑料產(chan) 生負麵影響，例如增加泛黃。例如，新的高爾夫球通常具有防滑塗層以較大程度地減少空氣阻力，但該塗層可能會(hui) 導致塑料基材變色。
將產(chan) 品設計成故障安全型或測試所有可能性都是不可行的。然而，影響產(chan) 品耐用性的可識別變量通常有限。因此，材料生產(chan) 商和加工商應謹慎進行基本設計實驗，以衡量產(chan) 品對配方、加工和環境因素的敏感性。統計設計的實驗比“測試它，看看會(hui) 發生什麽(me) ”的方法更有效率和成本效益。
即使是適度的耐久性測試計劃通常也可以通過降低保修成本並允許加工商優(you) 化配方和加工方法而不影響產(chan) 品的耐候性來收回成本。
如果不進行測試，樹脂、添加劑或加工的變化可能會(hui) 導致耐候性能出現令人不快的意外。
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