日曬加速老化測試中焦耳數(shù)等效存在的問題-濕度

日曬加速老化測試中焦耳數(shù)等效無法用于解決實驗室加速老化測試與自然老化測試的時間換算（更多關于實驗室加速老化測試與自然老化時間換算的問題，詳見《試驗機加速老化時間與戶外老化時間應該如何換算？》），原因在于焦耳數(shù)等效方法并未完全考慮光譜、濕度、溫度等影響因素。

眾所周知，潮濕對聚合物戶外和實驗室老化測試起著非常重要的作用。在戶外曝曬中，季節(jié)不同、樣品安裝方法不同以及曝曬地點不同，潮濕的影響也不同。例如，樣品在佛羅里達曝曬比在亞利桑那曝曬，遭受的潮濕侵蝕要大的多。在實驗室加速測試中，操作者可以選擇差別很大的潮濕循環(huán)。同時，不同的試驗箱模擬潮濕的形式也不同。熒光紫外試驗機通過熱冷凝的方式實現(xiàn)潮濕侵蝕，而氙燈或碳弧燈試驗箱采用冷噴淋的形式。

為了說明在相同焦耳數(shù)下，潮濕如何影響材料的老化，把不同的材料暴露在G53標準規(guī)定的熒光紫外試驗機中，分別運行下面不同的循環(huán)：

圖1－潮濕對環(huán)氧涂層失光的影響。沒有潮濕作用的曝曬相比有潮濕作用的曝曬，需要大約200％的焦耳數(shù)才能對材料產(chǎn)生大概相同的失光效果。

圖1顯示潮濕對環(huán)氧涂層失光的影響。在這個例子中，沒有潮濕作用的循環(huán)需要大約兩倍的焦耳數(shù)，才能對材料產(chǎn)生與有潮濕作用的循環(huán)大概相同的失光效果。圖2顯示對于聚氨酯涂層，數(shù)據(jù)是相似的。有潮濕作用的循環(huán)每焦耳對材料產(chǎn)生的老化至少是沒有潮濕作用的循環(huán)的500%。再次證明，材料的老化與焦耳數(shù)之間不是相互對應的。

圖2－潮濕對聚氨酯涂層失光的影響。相同焦耳數(shù)，材料產(chǎn)生的老化并不相同。

紫外光照和潮濕的共同作用-圖3增加了4h冷凝和4h干燥黑暗循環(huán)的數(shù)據(jù)。然而，因為在這個新的循環(huán)中沒有紫外光照，在圖中不可能描述光澤和焦耳數(shù)之間的關系。所以我們描述了光澤與曝曬時間之間的關系，在這個例子中，樣品的光澤沒有明顯改變。請注意，不管是在沒有紫外光照的循環(huán)中，還是在沒有潮濕的循環(huán)中，材料的光澤都沒有發(fā)生明顯變化。只有潮濕和紫外光照共同作用，才引起材料明顯的光澤變化。因為紫外光照是伴隨潮濕作用共同對材料產(chǎn)生影響，所以僅用焦耳數(shù)來定義曝曬時間顯然是毫無意義的。

圖3－潮濕和紫外光照共同作用，對材料的失光產(chǎn)生影響

潮濕不但確實影響材料發(fā)生老化的速率，而且也影響材料發(fā)生老化的類型。圖4顯示尼龍樣品的黃變與焦耳數(shù)之間的關系。沒有潮濕作用的測試循環(huán)使材料發(fā)生黃變，而有潮濕作用的循環(huán)使材料的顏色向相反的方向變化。材料的目測結(jié)果表明有潮濕作用的循環(huán)使材料的表面發(fā)生粉化，而沒有潮濕作用的循環(huán)沒有引起這種變化。像這種例子，用焦耳數(shù)來定義材料的老化是沒有任何意義的，因為在相同焦耳數(shù)曝曬下，相同的樣品因為是否受到潮濕的作用而顯示了截然不同的老化類型。

圖4－受相同焦耳數(shù)的曝曬，相同的尼龍樣品因為潮濕的影響，顯示了不同的老化類型。

同時要注意，潮濕并不總是引起材料發(fā)生老化的重要因素。圖5顯示對于聚苯乙烯材料，潮濕并不影響材料發(fā)生黃變的速率。在本例中，340nm處的焦耳數(shù)確實可以很好地測量老化因素。另一方面，通常使用的測試時間也可以用于測試計時。

圖5－潮濕循環(huán)對于聚苯乙烯材料發(fā)生黃變的影響。在本例中，潮濕并不影響材料發(fā)生老化的速率

以上數(shù)據(jù)表明，暴露在相同焦耳數(shù)下的相同材料，濕度不同會引起不同的老化速率和類型。因為這個原因，不建議用焦耳數(shù)來定義曝曬時間，因為可能潮濕循環(huán)不同。