化验室检测塑木复合材料老化技术:塑木复合材料

来源:学年自我鉴定 发布时间:2019-10-30 05:00:54 点击:

  【摘 要】在中国,塑木材料是一个非常年轻的新兴环保产业,从2005年起就一直处于高速发展期。塑木复合材料的应用也更为广泛,包括门窗产品、隔热系统、公园长椅、花棚和塔式建筑的太阳能屏幕等。但这些产品中良诱不齐,有的根本用不了多久就会严重老化。如何正确快速检测这些产品的质量成了人们的焦点。
  【关键词】WPC;冻融;腐蚀侵蚀;人工气候
  近年来随着全球资源日趋枯竭,社会环保意识日见高涨,对木材和石化产品应用提出了更高要求。在这样的背景下,塑木复合材料(WPC)的出现,既能发挥材料中各组分的优点,克服因木材强度低、变异性大及有机材料弹性模量低等造成的使用局限性,又能充分利用废弃的木材和塑料,减少环境污染。从生产原料来看,塑木复合材料的原料可采用各种废旧塑料、废木料及农作物的剩余物。因此塑木复合材料的研制和广泛应用,有助于减缓塑料废弃物的污染,也有助于减少农业废弃物焚烧给环境带来的污染。塑木复合材料的生产和使用,不会向周围环境散发危害人类健康的挥发物,材料本身还可回收利用,是一种全新的绿色环保产品,也是一种生态洁净的复合材料。
  塑木复合材料已被当今世界上许多国家逐步推广应用的绿色环保新型材料。《2013-2017年中国塑木复合材料行业深度调研与投资战略规划分析报告》统计目前世界上塑木复合材料的需求正在不断增加,全球产量已超过150万吨,其中北美产量约100万吨,中国约20万吨,日本近10万吨。德国塑木复合材料用量现已超过7万吨,在欧洲处于领先地位。
  目前,评价WPC耐候性的试验方法有自然气候老化和实验室加速老化试验方法。自然气候老化是指直接暴露在日光和其它的气候条件下,是最直接评估材料耐候性能的方法。自然气候老化优点是与木塑老化的吻合性好、简单易操作,绝对成本低等,不足之处是老化周期长,不同样品在不同的条件下敏感度不一,测定结果只适用于特定的暴露试验场;后者具有时间短、与场地、季节、地区气候无关,以及测定的数据可以保持很好的重复性等优点。
  实验室加速老化试验主要包括热老化、冻融加速老化、臭氧老化、盐雾老化、人工气候老化、腐蚀侵蚀老化等,其中研究以冻融加速老化、腐蚀侵蚀老化、人工气候老化为主。
  一、冻融加速老化
  随着WPC应用地区越来越广泛,所面临的气候条件也有很大差异。以我国北方为例,盛夏季节经常承受雨水淋湿和30℃以上的暴晒,而在冬季又需抵挡-20℃以下的严寒。在近水地带使用的WPC材料会更加频繁地经受湿、冷、冻、热的循环。这种反复的冷热、冻融循环对WPC性能是一个严峻的考验,往往决定着产品的使用寿命。ASTM D6662-2006标准中的冻融循环条件是样品完全浸入水中24 h,达到吸湿平衡时,将样品放至-20°F (-29°C)条件下恒温24 h,再放到室温24 h为一个循环,需重复两次或两次以上实验。
  二、腐蚀侵蚀
  人们曾一度认为,如果塑料和木材按一定比例混合,复合材料内含有大量的塑料相,木材颗粒也可封闭起来,即使不用防腐剂,塑料基质的拒水性和本身的固有高度耐腐蚀性也可以提供足够的抗生物腐蚀力,但在塑木实际的使用过程中,还是发现塑木复合材料表面有真菌生长的迹象。在防霉抗菌开发方面,目前已开发的品种不多,仅有Ciba、Borax及Rohm&Haas等少数外国公司推出WPC制品专用的防霉剂,国内尚无相关的报道。在WPC防腐蚀检测标准方面,目前常用的国外标准有ASTM D 2017、ASTM D 3345、AWPA E10等, 均为针对木制品真菌腐蚀的检测标准,而国内对WPC真菌腐蚀研究和检测标准方面仍为空白。
  三、人工气候老化
  人工气候老化是将试样置于人工模拟自然气候中的光、热、空气、温度、湿度和降雨等因素的环境中进行加速老化试验。人工气候老化可以模拟、强化地面气候作用因素,但并不能完全模拟大气条件。在人工气候老化试验中,选用设备光源的能谱与太阳光能谱的相似性直接影响到老化实验结果的可靠性,光源的辐照强度决定着试验的加速倍率。现有的人工气候老化试验装置以光源区分为氙灯老化试验机、荧光紫外老化机、碳弧灯老化试验机等,其中碳弧灯试验除日本地区较多标准使用外,其它地区已逐渐被淘汰。国外WPC人工气候老化标准以美国材料试验协会(ASTM)为多,目前,广州质检院已申请WPC人工气候老化国标立项,现已进入标准草案网上征求意见阶段。
  (一)氙灯老化
  各种人工光源的能量分布与太阳光比较,氙灯光源和太阳光谱最相似,得到的实验结果与自然大气暴晒有良好的对应关系。常用于WPC氙灯老化的国外测试标准有ASTM D 2565-1999、ASTM D6662-2006。
  (二)紫外老化
  20世纪70年代,自第一代的电动紫外加速老化箱问世以来,其在涂料及其他材料的老化研究中已经得到了广泛的应用。经试验表明,材料在自然老化的过程中,紫外光对材料的破坏能力占主导地位,常用的紫外灯管类包括UVA-340和UVB-313两种。UVA-340灯管可以模拟阳光的光谱范围为365nm到295nm之间的短波光谱,常用于不同配方的对比测试,推荐为大多数塑料、木塑、纺织品、涂料、颜料和UV稳定剂的测试。UVB-313灯管的波长范围从340 nm至270nm的非常短的紫外线,比目前地球上能找到的UV波长更短,因此它可以快速提供测试结果,但是同时也会对材料造成不切实际的破坏,经常用于耐久性材料耐候测试。
  参考文献
  [1] ASTM D 6662-2006[S].聚烯烃基塑木铺板标准规范.
  [2] ASTM D 2017[S].木材抗自然腐蚀的试验室加速试验方法.
  [3] AWPA E10[S].通过实验室土块来测试木材防腐性标准方法.
  [4] 乔海霞,顾东雅,曾竞.聚合物基复合材料加速老化方法研究进展[J].材料导报,2007,21(4).
  [5] ASTM G154-2006[S].非金属材料荧光紫外(UV)暴露装置操作规程.
  [6] ISO 877-1994[S].塑料玻璃板下日光暴晒耐老化及性能测定.

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