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加速老化与自然老化测试结果的相关性

实验室加速老化试验跟自然老化时间怎么换算?

这是一个简单的问题,但却没有简单的答案。理论上不可能有一个“魔术”的数字用来乘以老化试验箱中曝晒的小时数就可以得到室外曝晒的年数。问题并不在于我们还没有开发出完美的老化试验箱。无论你的老化试验箱多么复杂或多么昂贵,都不可能找到这个神奇的系数。最大的问题是室外曝晒环境所固有的可变性和复杂性。决定试验箱曝晒和室外曝晒关系的变量包括:

1. 曝晒地点的地理纬度(越接近赤道意味着UV越多)。

2. 海拔(海拔越高意味着UV越多)。

3. 当地的地理特征,如有风可干燥测试样品或接近水体会产生凝露。

4. 气候每年间的随意变化,可导致在同一地点的老化变化达到2:1。

5. 季节变化(例如:冬天的曝晒可能只有夏天的1/7)。

6. 样品的方向(向南5°对垂直面向北)

7. 样品绝缘性(带绝缘背衬的室外样品要比不绝缘的样品老化快50%)。

8. 试验箱的工作周期(光照时间和潮湿时间)。

9. 试验箱的工作温度(温度越高老化越快)。

10. 测试样品的独特性。

11. 实验室光源的光谱强度分布(SPD)。

很明显,关于加速老化小时数和室外曝晒月数之间转换系数的讨论在理论上没有任何意义。一个是固定的条件,而另一个是变化的。寻求这个转换系数需要迫使数据超越其有效性。

加速老化测试的意义所在

不过这不代表加速老化测试是没有意义的,你仍然可以通过加速老化试验箱得到很好的耐久性数据。但是你必须认识到你所得到的数据是比较的数据,并不是绝对的数据。你能从实验室老化测试中得到的最好结果是,关于一种材料比较另一种材料耐久性相对等级的可靠的显示。实际上,同样的说法可应用在Florida曝晒测试上。没有人知道在朝南5°室外“黑箱”中曝晒一年与在房间里或车里老化一年的比较结果。即使是室外测试也只能给出实际工作期限的相对显示。

然而,比较的数据也可以是很有效的。例如,你会发现设计的轻微变化可能会使标准材料的耐久性延长2倍。或者你会发现由多家供应商提供的外观相同的材料,其中一部分老化很快,大部分需中等的时间才会老化,还有较少的一部分经过更长时间的曝晒才老化。或者你会发现价格较低的设计对标准材料有相同的耐久性,这种标准材料在实际服务年限中,如5年,有令人满意的性能。

QUV光老化试验箱氙灯试验箱
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行业内的经验方法

很多实验室已经成功的开发出将Q-Sun或QUV时间转换成室外曝晒时间的“经验方法”。

这有一个关于比较数据有效性的好例子。一个涂层制造商要开发一种新型涂层。最初的QUV测试在200-400小时会造成严重的裂化,这比同样用途的传统涂层的裂化时间短很多。然而,经过3年不断的反复设计和在QUV的反复测试,涂层被改进到各种设计都可在QUV中经受住2000-4000小时-这要大大优于传统涂层。随后在佛罗里达进行的平行测试显示出在耐久性上类似的10:1的增加。然而,如果当初涂层化学家在改变设计前等候佛罗里达的测试数据,那他们今天还会在反复设计的最初阶段,这种涂层也不会像现在一样在商业取得成功了。

另一方面,如果你坚持“经验方法”的转换系数,那就用以经验为主地方法找到它。

尽管不可能有一个通用的转换系数,数百家的实验室已经成功的开发出自己内部的“经验方法”来将Q-Sun或QUV测试时间转换成室外曝晒时间。然而,很重要的一点是这些规则是从对实验室自己的加速测试和自己的室外曝晒的经验性比较而得出的。此外,这些转换的经验只有在下列条件才是有效的:

1. 特定的测试材料

2. 特定的试验箱时间周期和温度

3. 特定的室外曝晒地点和装样程序

如果你了解自己的材料的室外情况,那你会在不超过几个月的时间内开发出自己的大拇指规则。如果你不了解自己的材料的室外情况,那就需要与有室外工作历史的材料进行对比来开发经验方法。

排序相关性

另外,很重要的一点是:“相关性”意味着“排序相关性”。

当有人问,“加速试验箱与室外的相关性如何?”他们实际上应该问的是“加速试验箱得出的材料耐久性排序与室外测试材料的排序是否完全相同?” 对于测量排序相关性,我们推荐spearman's rho的方法,这是一种易于计算的统计学方法,也不需要线性相关性测试所需的关于数据的假设。一项关于27种汽车涂层在QUV和佛罗里达耐久性排序的研究显示QUV排序和佛罗里达排序间的排序相关性达0.89。不同的佛罗里达曝晒的排序相关性是0.88-0.95。换句话说,QUV重复佛罗里达排序几乎与佛罗里达重复自己一样好。