本文介紹了如何在quv老化箱中研究乙烯基護(hù)墻板的耐久性？以及與乙烯基墻板自然老化的相關(guān)性？
本文描述了戶(hù)外認(rèn)證測(cè)試程序的開(kāi)發(fā)以及隨后為創(chuàng)建加速老化測(cè)試方法所做的努力，該方法可用于以高準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)戶(hù)外協(xié)議的結(jié)果。在佛羅里達(dá)、亞利桑那和北溫帶地區(qū)進(jìn)行了戶(hù)外老化試驗(yàn)，以獲得用于比較的基線數(shù)據(jù)。這部分研究導(dǎo)致了ASTM D6864的發(fā)展和隨后的出版。
在quv老化箱和q-sun氙燈老化箱進(jìn)行了加速實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。該過(guò)程涉及對(duì)多種類(lèi)型的設(shè)備、多種循環(huán)和多種條件的檢查；然后將各種結(jié)果與戶(hù)外暴露進(jìn)行比較。測(cè)試表明，對(duì)于這種特殊的材料，一種方法比另一種方法更合適。所提出的方法通過(guò)重復(fù)測(cè)試和堅(jiān)固的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)行循環(huán)測(cè)試以確定重復(fù)性和再現(xiàn)性。
雖然所提出的加速方法沒(méi)有被VSI的認(rèn)證計(jì)劃采用，但其結(jié)果顯示了與室外測(cè)試結(jié)果的高等級(jí)相關(guān)性，使用戶(hù)更有信心通過(guò)加速測(cè)試的材料也將通過(guò)室外測(cè)試。因此，加速方法在研究和開(kāi)發(fā)期間是有用的，因?yàn)樗鼮樵u(píng)估小的配方變化提供了快速和可靠的方法。這對(duì)于選擇包含在兩年認(rèn)證測(cè)試中的配方很有用。
房屋改造和新建筑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商和制造商不斷推出新的、創(chuàng)新的材料和產(chǎn)品。成本、耐用性、外觀、低維護(hù)和多樣性是客戶(hù)尋求的競(jìng)爭(zhēng)性特征，在經(jīng)濟(jì)困難時(shí)期，成本變得越來(lái)越重要。乙烯基壁板是該行業(yè)對(duì)住宅覆蓋層市場(chǎng)中這些需求的回應(yīng)，自1995年以來(lái)一直是美國(guó)和加拿大使用廣泛的材料。
乙烯基壁板在20世紀(jì)60年代初首次推出，但直到20世紀(jì)70年代中期才開(kāi)始流行。盡管歷史上房屋改造構(gòu)成了乙烯基墻板市場(chǎng)的大部分，但新建筑現(xiàn)在占乙烯基墻板銷(xiāo)售的三分之一以上。
乙烯基壁板是通過(guò)共擠壓制造的。下層(基材)通常是PVC，而頂層(面料)是壁板的耐候表面。兩種常見(jiàn)的面料是PVC和ASAs以及類(lèi)似的聚合物。
PVC在壁板應(yīng)用中提供了許多優(yōu)于其他聚合物的優(yōu)點(diǎn)，包括成本、阻燃性和抗沖擊性。我們將關(guān)注對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)非常重要的耐久性的一個(gè)方面:產(chǎn)品生命周期中的顏色保持性。盡管乙烯基壁板產(chǎn)品的保修因制造商不同而有很大差異，但保色保修通常涵蓋幾十年的使用。許多保修覆蓋50年，并在房屋出售時(shí)提供轉(zhuǎn)讓條款。不用說(shuō)，潛在的保修責(zé)任對(duì)制造商來(lái)說(shuō)是相當(dāng)大的成本。
本文將重點(diǎn)介紹乙烯基壁板研究所(VSI)二十多年來(lái)在了解其成員向市場(chǎng)提供的各種顏色的耐候性方面所做的工作。
我們將回顧VSI承擔(dān)的長(zhǎng)期室外測(cè)試項(xiàng)目，以及在開(kāi)發(fā)加速實(shí)驗(yàn)室測(cè)試協(xié)議方面所做的大量工作。
PVC耐侯強(qiáng)化樹(shù)脂有三種主要的失效模式:
發(fā)黃:主要的降解機(jī)制是脫氯化氫。在該反應(yīng)中，C-Cl鍵被紫外光的光子打破，釋放出氯，氯可以吸引氫形成HCl，允許聚合物氧化、交聯(lián)和雙鍵形成。脫氯化氫過(guò)程可以是自動(dòng)催化的，產(chǎn)生多烯序列。多烯的吸收光譜從紫外線延伸到可見(jiàn)光(藍(lán)色)的較短波長(zhǎng)，導(dǎo)致微黃色外觀。
褪色:不使用穩(wěn)定劑，聚合物對(duì)光不穩(wěn)定。它們的降解機(jī)理包括雙鍵的斷裂和隨后的氧化。這導(dǎo)致形成大量物質(zhì)，如過(guò)氧化物。這些物質(zhì)可能具有與PVC顯著不同的折射率，導(dǎo)致界面處的散射。如果存在足夠多的干擾，產(chǎn)生的散射將呈現(xiàn)白色霧狀。
粉化:如果變黃和褪色持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，聚合物的表面完整性會(huì)開(kāi)始失效，導(dǎo)致表面開(kāi)裂、破裂和剝落。
乙烯基壁板協(xié)會(huì)(VSI)是乙烯基和其他聚合物壁板制造商和行業(yè)供應(yīng)商的貿(mào)易協(xié)會(huì)。
VSI提供認(rèn)證，表明制造商的特定產(chǎn)品符合或超過(guò)相關(guān)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D3679硬質(zhì)聚氯乙烯(PVC)壁板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和ASTM D7254聚丙烯(PP)壁板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范涵蓋了大多數(shù)產(chǎn)品規(guī)范，而ASTM D6864純色塑料壁板產(chǎn)品顏色和外觀保持性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和ASTM D7251雜色塑料壁板產(chǎn)品顏色和外觀保持性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范則專(zhuān)門(mén)針對(duì)顏色和外觀。
一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室用于確保產(chǎn)品在獲得VSI認(rèn)證之前已經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)試和檢查。長(zhǎng)度、寬度和厚度等基本特性都經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，以確保制造商提供的產(chǎn)品符合廣告中的規(guī)格。其他測(cè)試更加嚴(yán)格，包括測(cè)試壁板的性能。例如，在兩年的時(shí)間里，在三個(gè)不同的地點(diǎn)進(jìn)行老化暴露，以確定壁板在其預(yù)期的使用環(huán)境中是否會(huì)隨著時(shí)間的推移而保持其顏色。
截至2013年1月，代表37個(gè)品牌的14家制造商的產(chǎn)品被列入“VSI產(chǎn)品認(rèn)證計(jì)劃官方認(rèn)證產(chǎn)品清單”這些制造商的認(rèn)證產(chǎn)品清單上有各種各樣的顏色，平均每種大約有30種。
VSI認(rèn)證的室外老化要求要求在三個(gè)地點(diǎn)45°朝南暴露兩年:佛羅里達(dá)州邁阿密(亞熱帶)；亞利桑那州鳳凰城(沙漠)；以及俄亥俄州的克利夫蘭(北方工業(yè))。根據(jù)ASTM D6864測(cè)試樣品；此外，VSI有一個(gè)戶(hù)外耐候老化測(cè)試協(xié)議，與ASTM D6864一起使用。該方案涵蓋的項(xiàng)目包括重復(fù)次數(shù)、樣本大小、安裝要求以及數(shù)據(jù)收集方法和程序。
VSI已經(jīng)確定了十六個(gè)顏色區(qū)域的數(shù)學(xué)橢圓體?；趯?duì)“初始”和“老化”樣品的視覺(jué)評(píng)價(jià)，這些橢圓定義了老化后可接受的顏色變化量。它們是通過(guò)將老化樣品的ΔL、Δa和Δb插入定義的顏色區(qū)域的橢圓體方程中，并計(jì)算出樣品的橢圓體值而得出的。
小于1.0的值是在橢圓體的 "內(nèi)部"，顏色變化的量是可以接受的。1.1或更大的值是 "在 "橢圓體之外，顏色變化的數(shù)量是不可接受的。這個(gè)概念類(lèi)似于由染色師和著色師協(xié)會(huì)的顏色測(cè)量委員會(huì)開(kāi)發(fā)的CMC橢圓體方程，并在AATCC測(cè)試方法173（9）和ASTM D2244中描述。
產(chǎn)品要通過(guò)戶(hù)外測(cè)試，必須沒(méi)有任何明顯的機(jī)械故障，如剝落或開(kāi)裂，外觀均勻，老化樣品的平均橢圓值必須小于或等于1.0 小于或等于1.0。
一個(gè)明顯的問(wèn)題是關(guān)于兩年的戶(hù)外氣候認(rèn)證測(cè)試。對(duì)于一個(gè)打算在房子上使用幾十年的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，兩年的測(cè)試如何足夠呢？經(jīng)過(guò)幾十年的戶(hù)外測(cè)試，VSI及其成員獲得了足夠的數(shù)據(jù)，可以從短期暴露中推斷出長(zhǎng)期表現(xiàn)。為了獲得VSI認(rèn)證，產(chǎn)品在所有三個(gè)地點(diǎn)暴露兩年后，其橢球值必須小于或等于1.0。幾十年來(lái)收集的大量數(shù)據(jù)表明，超過(guò)這一閾值的材料可能會(huì)在產(chǎn)品的預(yù)期壽命內(nèi)保持可接受的顏色保持率。下一節(jié)概述了其中的一些數(shù)據(jù)。
隨著乙烯基墻板開(kāi)始流行，VSI決定需要當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上可買(mǎi)到的材料類(lèi)型的長(zhǎng)期室外數(shù)據(jù)。1984年5月，VSI開(kāi)始了VS1W，作為一項(xiàng)為期10年的戶(hù)外老化研究，在佛羅里達(dá)州、亞利桑那州和新澤西州采集樣品。1994年，考試的新澤西部分結(jié)束。該計(jì)劃于1994年延長(zhǎng)了五年，2000年又延長(zhǎng)了五年。目前佛羅里達(dá)州有344個(gè)暴露樣本，亞利桑那州有46個(gè)暴露樣本。20年和25年的數(shù)據(jù)分別在2005年和2010年的夏天收集。隨后，VSI大約每5年進(jìn)行一次新的老化研究。在VS1W和隨后的室外測(cè)試程序中，讀數(shù)將在?, 1, 1 ?, 2, 5, 10, 15, 20, 25和30年的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行。
VS2W于1989年1月在佛羅里達(dá)州、亞利桑那州和俄亥俄州開(kāi)始實(shí)施，為期十年。1999年，佛羅里達(dá)州和俄亥俄州的測(cè)試結(jié)束。亞利桑那州的測(cè)試部分在1999年和2004年又重新提交了五年。目前有292個(gè)樣本暴露。這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)用于制定兩年期方案。
VS3W于1994年11月在佛羅里達(dá)州、亞利桑那州和肯塔基州啟動(dòng)，為期十年。2004年，該計(jì)劃又延長(zhǎng)了五年。目前亞利桑那州有366個(gè)暴露樣本，肯塔基州有750個(gè)暴露樣本，佛羅里達(dá)州有366個(gè)暴露樣本。
VS4W最初是一項(xiàng)為期兩年的認(rèn)證研究，但隨后在2002年轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁?xiàng)為期十年的VSI研究。一組讀數(shù)是在2003年、2005年和2010年獲得的；當(dāng)時(shí)該計(jì)劃被延長(zhǎng)至2015年。目前有1524個(gè)固體樣本和273個(gè)雜色樣本暴露在佛羅里達(dá)、亞利桑那和俄亥俄州。這組樣本被用作開(kāi)發(fā)加速測(cè)試方案的基線，本文稍后將對(duì)此進(jìn)行討論。
VS5W始于2005年，2010年又延長(zhǎng)了5年。曝光的樣品代表了測(cè)試開(kāi)始時(shí)銷(xiāo)售的先進(jìn)的產(chǎn)品。
這些研究的范圍代表了消費(fèi)者家中實(shí)際存在的東西。此外，隨著時(shí)間的推移，樣本會(huì)不斷發(fā)生變化，收集的數(shù)據(jù)在研究保修和產(chǎn)品耐用性問(wèn)題時(shí)是無(wú)價(jià)的。表1顯示了目前正在進(jìn)行的四項(xiàng)研究中的一些顏色。它表明，在暴露10年后，在佛羅里達(dá)暴露的90%的樣品和在亞利桑那暴露的80%的樣品仍然處于它們的彩色橢球中。15年后，佛羅里達(dá)州的這一數(shù)字下降到80%，亞利桑那州下降到64%(僅限白人)。
1997年，VSI開(kāi)始了一項(xiàng)為期24個(gè)月的戶(hù)外氣候變化研究。選擇了四個(gè)地點(diǎn):肯塔基州路易斯維爾；凱霍加福爾斯(克利夫蘭，)哦；伊利諾伊州芝加哥市；和北卡羅來(lái)納州拉克。選擇了來(lái)自VS2W的32個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品來(lái)自四個(gè)顏色區(qū)域:灰色、深米色、淺米色和藍(lán)色。向該樣品組添加了來(lái)自VS2W和VS3W的另外24個(gè)樣品，總共56個(gè)樣品。在加速老化實(shí)驗(yàn)的第1輪和第2輪中使用了原始32個(gè)樣品的復(fù)制品。此外，從該測(cè)試計(jì)劃中獲得的橢球值(EVs)被用作前兩輪加速測(cè)試實(shí)驗(yàn)的比較EVs。表2顯示了在所有四個(gè)位置測(cè)試的每組樣品的平均L值，每組樣品重復(fù)24次。
各種戶(hù)外測(cè)試項(xiàng)目的一個(gè)有趣的結(jié)果是，俄亥俄州的克里夫蘭市比佛羅里達(dá)州或亞利桑那州的VSI產(chǎn)品產(chǎn)生更多的顏色變化。例如，在為期24個(gè)月的變異性研究中，克利夫蘭的樣本的平均EV值大于1.0，而佛羅里達(dá)州樣本的平均EV值小于0.20，亞利桑那州樣本的平均EV值約為0.30。
凍融條件和工業(yè)污染物的存在是克利夫蘭存在的兩個(gè)主要條件，而在其他地方不存在。對(duì)于白色樣品，亞利桑那州始終產(chǎn)生更多的顏色變化，這是由于高紫外線和高溫條件下基礎(chǔ)聚合物變黃的結(jié)果。
詳細(xì)了解各種戶(hù)外暴露的重要性在于，創(chuàng)建有效的加速老化測(cè)試的關(guān)鍵在于關(guān)聯(lián)彩色樣品的克利夫蘭結(jié)果和白色樣品的亞利桑那結(jié)果。
盡管為期兩年的戶(hù)外老化項(xiàng)目代表了一個(gè)快速的認(rèn)證周期，但在將新配方推向市場(chǎng)之前，行業(yè)需要更快的評(píng)估方法。為了提供一個(gè)臨時(shí)的快速通道批準(zhǔn)過(guò)程，VSI在2000年末成立了一個(gè)加速老化任務(wù)組(AWTG ),其任務(wù)是開(kāi)發(fā)一個(gè)加速測(cè)試程序。VSI認(rèn)證委員會(huì)(COC)為接受快速批準(zhǔn)議定書(shū)設(shè)定了非常嚴(yán)格的參數(shù)。這是任何行業(yè)中很少有加速老化測(cè)試遇到的高標(biāo)準(zhǔn)。
第一個(gè)參數(shù)是，可接受的方案必須消除假陽(yáng)性結(jié)果的機(jī)會(huì)或?qū)⒓訇?yáng)性結(jié)果的機(jī)會(huì)降低到極低的水平。也稱(chēng)為I類(lèi)錯(cuò)誤，假陽(yáng)性結(jié)果是指材料在加速老化測(cè)試中獲得陽(yáng)性或“通過(guò)”結(jié)果，但隨后未能通過(guò)戶(hù)外測(cè)試。其次，任何快速檢測(cè)都必須最大限度地減少“極端假陰性”。假陰性或II型錯(cuò)誤是指材料獲得陰性或“不合格”結(jié)果，但隨后通過(guò)了室外測(cè)試。COC將“極端假陰性”定義為戶(hù)外測(cè)試中非常高性能的材料在加速測(cè)試中失敗的結(jié)果。COC認(rèn)為任何快速通道認(rèn)證測(cè)試都會(huì)產(chǎn)生一些假陰性，但目標(biāo)是為表現(xiàn)較佳的產(chǎn)品提供快速通道認(rèn)證選項(xiàng)。淘汰了太多高性能產(chǎn)品的加速測(cè)試對(duì)VSI的作用有限。
任務(wù)組最終進(jìn)行了七輪測(cè)試，編號(hào)為1、2、3、4、5a、5b和6。最初幾輪的最初目標(biāo)是確定乙烯基墻板產(chǎn)品的較佳加速老化試驗(yàn)，即與室外老化數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)最高的試驗(yàn)。隨著AWTG達(dá)到這一目標(biāo)，COC完善了其范圍，以努力創(chuàng)建一個(gè)可靠的快速認(rèn)證流程。
在后面幾輪中，選擇用于加速暴露的樣本是因?yàn)樗鼈兣c室外結(jié)果的相關(guān)性相對(duì)較差。這意味著他們更有可能在后面幾輪的通過(guò)/失敗測(cè)試中出現(xiàn)假陽(yáng)性或假陰性。換句話(huà)說(shuō)，樣本集是有意偏向的，以便集中于改進(jìn)暴露協(xié)議和評(píng)估方法。
結(jié)果和AWTG的工作的演變描述如下。
第一輪
第一輪測(cè)試在氙和熒光紫外加速老化裝置中進(jìn)行。對(duì)于氙弧試驗(yàn)，探索了兩種標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法:使用日光過(guò)濾器的SAE J1960和同樣使用日光過(guò)濾器的ASTM G155循環(huán)1。氙弧試驗(yàn)將持續(xù)2000小時(shí)。由于試樣翹曲，SAE J1960試驗(yàn)不得不在1500小時(shí)后終止。這個(gè)特定的測(cè)試周期導(dǎo)致乙烯護(hù)墻板型材測(cè)試樣本的溫度明顯高于其他樣本，這可能是造成翹曲的原因。
已被SAE J2527取代的SAE J1960的循環(huán)如下:
（1）1:00黑暗+噴水(正面和背面)，38°C空氣溫度，95%相對(duì)濕度
（2）0:40光照，輻照度設(shè)置為0.55 W/m2，340 nm，70°C黑色面板，47°C室內(nèi)空氣，50% RH
（3）0:20光照+正面噴水，輻照度設(shè)置為0.55 W/m2，340 nm，70°C黑色面板，47°C室內(nèi)空氣，50% RH
（4）1:00光照，輻照度設(shè)置為0.55 W/m2，340 nm，70°C黑色面板，47°C室內(nèi)空氣，50%相對(duì)濕度
ASTM G155循環(huán)1的循環(huán)如下:
（1）1:42光，輻照度設(shè)置為0.35 W/m2，340 nm，63°C黑色面板(未指定室內(nèi)空氣和相對(duì)濕度)
（2）0:18光+前噴水，輻照度設(shè)置為0.35 W/m2，340 nm，溫度和相對(duì)濕度未指定
在QUV老化箱中使用ASTM G154定義的UVA-340燈(14)。循環(huán)是在50℃下以0.89 W/m2光照12小時(shí)，然后在60℃下冷凝12小時(shí)。使用的設(shè)備是具有太陽(yáng)眼輻照度控制的QUV加速老化測(cè)試儀。
表3顯示了運(yùn)行了2016小時(shí)ASTM G155循環(huán)1的數(shù)據(jù)。表4顯示了SAE J1960在1500小時(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。如上所述，由于樣品翹曲，2000小時(shí)的數(shù)據(jù)不可用。表5顯示了運(yùn)行2000小時(shí)的熒光紫外光照和冷凝的數(shù)據(jù)。熒光紫外測(cè)試周期與2000小時(shí)的戶(hù)外氣候數(shù)據(jù)相關(guān)性較好。為了確定相關(guān)性是否可以提高，使用相同的樣本集第二次運(yùn)行測(cè)試，這次運(yùn)行到3000小時(shí)。如表6所示，實(shí)現(xiàn)了更高的相關(guān)性。
第二輪和第三輪
第一輪中進(jìn)行的熒光紫外檢測(cè)在第二輪中重復(fù)進(jìn)行，使用相同的樣品組，另外三個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與驗(yàn)證結(jié)果。第二輪還包括一個(gè)額外的樣本集。該樣品組由通過(guò)VS2W但顯示顯著顏色變化的樣品組成，即它們接近不合格。這一輪也是第一次嘗試量化加速測(cè)試方法與室外俄亥俄州測(cè)試相比產(chǎn)生的假陽(yáng)性和假陰性。表7比較了俄亥俄州戶(hù)外2000和3000小時(shí)的數(shù)據(jù)，以及2000和3000小時(shí)的數(shù)據(jù)。
第3輪使用與第1輪和第2輪相同的熒光紫外測(cè)試循環(huán)，外加一個(gè)使用UVA-340燈的實(shí)驗(yàn)循環(huán):在50℃下以0.89 W/m2照射20小時(shí)，然后在45℃下冷凝4小時(shí)。測(cè)試在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。
當(dāng)分析數(shù)據(jù)時(shí)，很明顯，使用標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)順序相關(guān)性會(huì)產(chǎn)生太多的假陽(yáng)性，這意味著樣本可以通過(guò)加速測(cè)試，但無(wú)法通過(guò)24個(gè)月的戶(hù)外測(cè)試。由于加速老化任務(wù)組的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種方法，允許快速跟蹤新顏色配方的有條件批準(zhǔn)，因此假陽(yáng)性被認(rèn)為是不可接受的。假陽(yáng)性的市場(chǎng)效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品通過(guò)臨時(shí)加速測(cè)試，然后在未通過(guò)強(qiáng)制性戶(hù)外測(cè)試時(shí)失去認(rèn)證。對(duì)于乙烯基壁板的生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，這種潛在的結(jié)果是不可接受的。
在第二輪中沒(méi)有進(jìn)行氙弧曝光。在第三輪中，使用氙弧循環(huán)進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，以提高相關(guān)性。然而，這些實(shí)驗(yàn)沒(méi)有產(chǎn)生顯著的改進(jìn)。
加速老化任務(wù)組成員重新評(píng)估了他們的分析方法。他們確定戶(hù)外測(cè)試和加速測(cè)試之間的等級(jí)順序相關(guān)性不如加速測(cè)試方法是否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)哪些樣品會(huì)通過(guò)戶(hù)外測(cè)試，哪些會(huì)失敗。為了確定這一點(diǎn)，在隨后的測(cè)試中使用了閾值最大EVs值。
第四輪
有了如何分析數(shù)據(jù)的新方向，第四輪開(kāi)始了。這一輪測(cè)試是在熒光紫外室內(nèi)進(jìn)行的。測(cè)試了來(lái)自VS4W的29個(gè)有色PVC、3個(gè)白色PVC和9個(gè)有色非PVC樣品。使用的熒光紫外線測(cè)試方法與前三輪測(cè)試相同。四個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與了這些測(cè)試。
另外，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了獨(dú)立于官方第四輪協(xié)議的額外氙弧照射。在測(cè)試的周期中，有一個(gè)被設(shè)計(jì)成類(lèi)似于熒光紫外方法:12小時(shí)的光照，然后是12小時(shí)的黑暗和噴水。使用了這種氙循環(huán)的多種變體。
第四輪的結(jié)果顯示了幾個(gè)有趣的事實(shí)。
1. 盡管進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，但氙試驗(yàn)方法與VS4W室外數(shù)據(jù)的相關(guān)性很差。參見(jiàn)圖1。決定從計(jì)劃中取消進(jìn)一步的氙測(cè)試。
2. 當(dāng)熒光紫外測(cè)試方法運(yùn)行到3500小時(shí)時(shí)，在第一個(gè)1500小時(shí)內(nèi)發(fā)生了顯著的顏色變化。
3. 非白色PVC樣品與室外測(cè)試的相關(guān)性非常好，但白色樣品的耐候性與亞利桑那州室外測(cè)試(干熱)不同。
4. 盡管總體相關(guān)性非常好，超過(guò)90%(見(jiàn)表8)，但確定假陽(yáng)性的數(shù)量仍然太高。
第五輪，A和B
為了解決第4輪中所學(xué)到的問(wèn)題，第5輪由2個(gè)不同的熒光紫外線測(cè)試周期組成。在50℃下以0.95 W/m2光照12小時(shí)，然后在60℃下冷凝12小時(shí)，持續(xù)3000小時(shí)。第二個(gè)循環(huán)是模擬對(duì)白色壁板產(chǎn)品最?lèi)毫拥母蔁釟夂?，?0℃下以0.95 W/m2的功率連續(xù)照射1800小時(shí)。第5輪的樣本最初包括以下內(nèi)容:
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步審查，決定增加額外的樣本，并將第5輪分成兩部分。第5A輪測(cè)試上述樣品；第5B輪將測(cè)試額外的樣本。
從第5A輪開(kāi)始重復(fù):8
從第4輪開(kāi)始重復(fù)：15（不包括在第5A輪中）
未經(jīng)測(cè)試的新顏色：9（不包括在第5A輪中）
總共：32
七個(gè)實(shí)驗(yàn)室參與了第5A輪。為了確保不會(huì)出現(xiàn)假陽(yáng)性，在3000小時(shí)的冷凝/光照后將EV設(shè)定為0.90，在1800小時(shí)的連續(xù)光照后將EV設(shè)定為1.50。要使樣本通過(guò)加速測(cè)試，兩項(xiàng)測(cè)試的所有復(fù)本都必須通過(guò)。與往常一樣，在兩個(gè)測(cè)試周期中，每個(gè)樣品重復(fù)三次。
第五輪的結(jié)果表明:
1. 連續(xù)光照900小時(shí)后，顏色發(fā)生了顯著變化。終止第5A輪/連續(xù)照明，并進(jìn)行顏色測(cè)量。
2. 從5A/聚光測(cè)試中獲得的2000小時(shí)數(shù)據(jù)可能與允許更短測(cè)試的3000小時(shí)數(shù)據(jù)一樣有用。
3. 假陽(yáng)性并沒(méi)有完全消除。一個(gè)在俄亥俄州和佛羅里達(dá)州失敗的暗紅色樣本通過(guò)了加速測(cè)試。
第六輪
對(duì)熒光紫外測(cè)試周期進(jìn)行了最后一組調(diào)整，試圖消除假陽(yáng)性并減少極端假陰性的數(shù)量。冷凝功能中的溫度降低。以下每個(gè)循環(huán)在四個(gè)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行:
步驟1:在50℃或55℃下冷凝12小時(shí)
步驟2:紫外線照射12小時(shí)，0.95 W/m2，50攝氏度(UVA-340燈)
步驟3:回到第一步
每個(gè)周期共測(cè)試了43個(gè)樣本，每個(gè)樣本重復(fù)三次。大多數(shù)標(biāo)本是第5輪的重復(fù)。這組樣本包括所有的樣本，這些樣本的加速測(cè)試結(jié)果被認(rèn)為是基于前幾輪測(cè)試的極端假陰性。評(píng)估在2016時(shí)和3000時(shí)完成。大多數(shù)變化在2016小時(shí)前出現(xiàn)，由參考灰色壁板剖面樣本的結(jié)果證明(表10)。此外，與在50℃下進(jìn)行的測(cè)試相比，在55℃下進(jìn)行的測(cè)試顯示出更多的顏色變化。
雖然冷凝溫度為55°C的循環(huán)確實(shí)通過(guò)減少極端假陰性的數(shù)量提高了相關(guān)性，但它并沒(méi)有消除前幾輪中出現(xiàn)的單個(gè)假陽(yáng)性，如表11所示。通過(guò)EV設(shè)置為0.35，以實(shí)現(xiàn)與室外結(jié)果的較佳匹配。
基于這些結(jié)果，AWTG確定在這種加速試驗(yàn)方案中產(chǎn)生假陽(yáng)性的風(fēng)險(xiǎn)約為2%。假陰性的風(fēng)險(xiǎn)約為19%。值得注意的是，每一輪測(cè)試都將樣本集縮小到那些被認(rèn)為對(duì)加速測(cè)試最有問(wèn)題的樣本集，從而在遠(yuǎn)離高相關(guān)性的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生偏差。由于這種偏差，第4輪顯示出比第6輪更大的通過(guò)/失敗相關(guān)性。
在產(chǎn)品認(rèn)證中使用加速老化測(cè)試是一個(gè)重大的、甚至令人畏懼的技術(shù)和管理挑戰(zhàn)。通過(guò)為期六年的加速老化測(cè)試，VSI克服了許多技術(shù)挑戰(zhàn)。它在標(biāo)準(zhǔn)熒光紫外和冷凝老化設(shè)備中創(chuàng)造了一個(gè)新的測(cè)試周期，實(shí)現(xiàn)了與室外老化的高度相關(guān)性。它還在90%以上的時(shí)間里正確預(yù)測(cè)了兩年認(rèn)證測(cè)試的通過(guò)/失敗結(jié)果。盡管取得了這一技術(shù)成就，但VSI的管理風(fēng)險(xiǎn)太大，因此決定不將快速通道加速測(cè)試納入其認(rèn)證計(jì)劃。
雖然該項(xiàng)目未能達(dá)到VSI的目標(biāo)，但這項(xiàng)工作提供了許多關(guān)于加速老化的見(jiàn)解：
通過(guò)檢查不同的室外測(cè)試位置、不同的加速老化實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和設(shè)備，并將結(jié)果與實(shí)際評(píng)估容差的發(fā)展相結(jié)合，可以開(kāi)發(fā)一種穩(wěn)健的加速測(cè)試方法，該方法將高度可信地預(yù)測(cè)室外老化結(jié)果。然而，這項(xiàng)研究證明，實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果需要大量的資源、管理層的關(guān)注和耐心。
對(duì)于PVC壁板產(chǎn)品，溫度和濕度對(duì)光降解有顯著的協(xié)同作用。對(duì)于有色樣品，加速試驗(yàn)中包含水分是必要的，以匹配俄亥俄州的室外試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)于白色標(biāo)本，復(fù)制亞利桑那州的環(huán)境是至關(guān)重要的。
匹配長(zhǎng)波紫外線、可見(jiàn)光和紅外線區(qū)域的日光光譜在復(fù)制PVC覆蓋壁板的室外測(cè)試結(jié)果中并不是一個(gè)重要因素。如果光譜的這些區(qū)域是PVC覆蓋壁板老化的重要因素，人們可能會(huì)期望氙弧老化室產(chǎn)生比這些結(jié)果更好的相關(guān)性。
降低加速老化試驗(yàn)溫度是獲得與室外結(jié)果高度相關(guān)的關(guān)鍵突破。在UV功能中，大多數(shù)熒光UV測(cè)試循環(huán)在60°C下運(yùn)行。VSI發(fā)現(xiàn)，將溫度降低到50攝氏度會(huì)顯著提高相關(guān)性。
盡管氙氣相關(guān)性總體較低，但在63°C黑色面板溫度下運(yùn)行的測(cè)試周期優(yōu)于在70°C黑色面板溫度下運(yùn)行的測(cè)試周期。事實(shí)上，70°C時(shí)的測(cè)試導(dǎo)致了不切實(shí)際的樣品翹曲，當(dāng)不穩(wěn)定的PVC溫度上升到70°C以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。高劑量的IR輻射(這是氙弧暴露的典型特征)與PVC樣品的絕緣特性相結(jié)合，似乎會(huì)導(dǎo)致氙弧測(cè)試中不切實(shí)際的樣品溫度。
與2年室外結(jié)果相關(guān)性較好的周期如下:
步驟1:在55℃的黑色面板溫度下冷凝12小時(shí)
步驟2:紫外線照射12小時(shí)，0.95 W/m2，50°C黑色面板溫度，UVA-340燈測(cè)試時(shí)間:2016小時(shí)
與本文關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品:
