張恒¹，Michael Crewdson2， Ronald.Roberts²，孫杏蕾²

（1 美國(guó)Q-Lab公司中國(guó)代表處，上海 200436；2 美國(guó)Q-Lab公司，美國(guó) 俄亥俄州 44145）

摘要：探討了加速老化測(cè)試存在的問(wèn)題，闡述了戶(hù)外暴露測(cè)試的重要性，指出應(yīng)該利用戶(hù)外暴露測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)加速老化。使用正確的測(cè)試程序，戶(hù)外暴露測(cè)試可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較好的測(cè)試結(jié)果。采用正確的測(cè)試設(shè)計(jì)、恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法、可靠的統(tǒng)計(jì)分析及應(yīng)用參照樣品等，可使測(cè)試者確定加速程度及加速測(cè)試與戶(hù)外暴露測(cè)試的相關(guān)系數(shù)，以確保加速測(cè)試結(jié)果的正確性。

關(guān)鍵詞：戶(hù)外老化；加速老化；相關(guān)性；評(píng)估；測(cè)試設(shè)計(jì)

當(dāng)前的老化測(cè)試有2 種，即戶(hù)外曝曬和實(shí)驗(yàn)室加速。實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)，通過(guò)可控的人工光源，模擬老化條件實(shí)現(xiàn)的，測(cè)試條件需進(jìn)行人工控制；而自然曝曬則在戶(hù)外進(jìn)行，采用自然光源，但所有的曝曬參數(shù)都不可控。人們面臨的選擇是：到底是選擇快速、可控的模擬條件下的實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試，還是選擇緩慢、不可控的真實(shí)的曝曬測(cè)試？大多數(shù)人選擇了加速而非真實(shí)性。

當(dāng)決定采用哪種類(lèi)型的測(cè)試方法時(shí)，可能會(huì)有很多“心理”因素在潛意識(shí)里影響人們的判斷。為了選擇一種更加有效、可靠的測(cè)試方法，需先了解一些老化謬論。

1  2種測(cè)試方法的對(duì)比

1.1 老化謬論

謬論1：加速測(cè)試可100％重復(fù)。事實(shí)是，加速測(cè)試也像其它測(cè)試一樣，會(huì)發(fā)生變化。在真實(shí)的加速老化測(cè)試中，甚至是測(cè)試條件控制得最好的測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果也會(huì)發(fā)生很大的變化，同一臺(tái)設(shè)備的重復(fù)測(cè)試和不同實(shí)驗(yàn)室之間的再現(xiàn)性測(cè)試都會(huì)存在很大不同。ASTM G03 分委會(huì)在20 世紀(jì)90 年代做過(guò)一個(gè)重要的對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)幾臺(tái)設(shè)備的測(cè)試結(jié)果之間存在高達(dá)30％的差異。正確的操作會(huì)使差異變小，但不能完全消除。

謬論2：任何形式的老化都是好的。事實(shí)上，錯(cuò)誤的老化模式會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的老化結(jié)果。如果加速測(cè)試不能再現(xiàn)真實(shí)使用環(huán)境或戶(hù)外測(cè)試的老化模式，那么它就不可取。例如，如果一種涂料在戶(hù)外通常顯示中等粉化，而在加速測(cè)試中顯示嚴(yán)重開(kāi)裂，這說(shuō)明發(fā)生了不同的老化機(jī)制，那么測(cè)試結(jié)果也就毫無(wú)意義。加速測(cè)試必須產(chǎn)生與戶(hù)外測(cè)試相同的老化類(lèi)型。

謬論3：戶(hù)外老化需要5 a 才能得到有用的數(shù)據(jù)。事實(shí)上，戶(hù)外測(cè)試可在12 個(gè)月內(nèi)得到有用數(shù)據(jù)。也許需要等5 a 來(lái)得到5 a 的老化效果，但是很多有用的數(shù)據(jù)可在曝曬的前12 個(gè)月得到，如區(qū)分質(zhì)量好和質(zhì)量差的材料。根據(jù)正確的試驗(yàn)設(shè)計(jì)和大量的評(píng)估，曝曬12 個(gè)月就可以得到有意義的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以極大地增加加速測(cè)試數(shù)據(jù)的可信度。

謬論4：老化測(cè)試數(shù)據(jù)是絕對(duì)的。事實(shí)是，單一的測(cè)試不會(huì)給出理想的相關(guān)性。有很多材料測(cè)試方法要求曝曬單一的測(cè)試樣品，并設(shè)定一個(gè)合格或不合格的界線(xiàn)。例如：樣品的顏色發(fā)生變化，若把ΔE*達(dá)到3.0 作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，那么如果值是2.9，樣品就合格；如果是3.1，樣品就不合格。然而測(cè)色儀之間也存在差異，這些差異使得當(dāng)ΔE*<1 時(shí)，比較顏色變化是毫無(wú)意義的；而且一般目視的分辨力也不會(huì)好于ΔE*=1.0。

謬論5：等級(jí)數(shù)據(jù)是無(wú)效的。事實(shí)是，如果正確應(yīng)用，等級(jí)數(shù)據(jù)是非常有用的。有一種說(shuō)法：非量化的統(tǒng)計(jì)（如排序）是無(wú)用的，因?yàn)樗鼈儧](méi)有使用有說(shuō)服力的技術(shù)；但當(dāng)正確應(yīng)用，等級(jí)數(shù)據(jù)可用于證明老化測(cè)試中的許多猜想。在目測(cè)評(píng)估中得出的數(shù)字評(píng)級(jí)非常有用[1]。

1.2 加速測(cè)試的弊端及戶(hù)外測(cè)試的重要性

測(cè)試中遇到的問(wèn)題是，許多公司只選擇加速老化測(cè)試，戶(hù)外測(cè)試要么排在第2 位，要么根本不考慮。新材料進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間壓力迫使縮減研發(fā)周期，這也是影響材料進(jìn)行戶(hù)外暴露測(cè)試的一個(gè)方面。現(xiàn)在很多產(chǎn)品的研發(fā)只是根據(jù)加速測(cè)試的結(jié)果，許多標(biāo)準(zhǔn)也認(rèn)可只有加速測(cè)試結(jié)果的材料。

只進(jìn)行加速測(cè)試會(huì)帶來(lái)無(wú)法預(yù)料的問(wèn)題。材料根據(jù)人造氣候條件進(jìn)行研發(fā)，按照一個(gè)測(cè)試循環(huán)，重復(fù)研發(fā)、測(cè)試，最終的結(jié)果是材料能夠經(jīng)受住一個(gè)模擬且可控制的環(huán)境；這可能會(huì)導(dǎo)致材料在實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試中合格，而在最終使用環(huán)境中失效。

加速測(cè)試用于預(yù)測(cè)戶(hù)外測(cè)試時(shí)不是100％可靠。在老化測(cè)試領(lǐng)域，具有完美相關(guān)性的測(cè)試方法是可望而不可及的。相關(guān)系數(shù)不能從一種材料應(yīng)用到另一種材料，或者從一種戶(hù)外氣候應(yīng)用到另一種戶(hù)外氣候。如果確信加速測(cè)試與戶(hù)外測(cè)試的相關(guān)性，那么當(dāng)與一種新的氣候條件進(jìn)行比較時(shí)，還需要重新進(jìn)行戶(hù)外測(cè)試。而且，即使是任何條件都未改變的重復(fù)測(cè)試，也會(huì)得出不同的結(jié)果。因此，欲確定材料的真正耐候性時(shí)，只進(jìn)行加速測(cè)試是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

老化測(cè)試的目的在ASTM G113 中的描述如下[2]：戶(hù)外測(cè)試和加速測(cè)試結(jié)果的一致性。因此，加速測(cè)試的結(jié)果應(yīng)該與戶(hù)外測(cè)試的結(jié)果相匹配。針對(duì)這個(gè)難題，人們大部分的研究精力放在了加速測(cè)試上，但是很顯然，獲得相關(guān)性的關(guān)鍵因素是戶(hù)外測(cè)試。沒(méi)有戶(hù)外測(cè)試作基準(zhǔn)，就無(wú)法與加速測(cè)試進(jìn)行比較。

1.3 經(jīng)濟(jì)分析

許多公司不愿意做戶(hù)外測(cè)試的一個(gè)主要原因是測(cè)試費(fèi)用，認(rèn)為老化測(cè)試費(fèi)用太高；但更應(yīng)該考慮不做戶(hù)外測(cè)試的損失有多大。

表1 是典型的戶(hù)外測(cè)試費(fèi)用（提供測(cè)試服務(wù)的商業(yè)機(jī)構(gòu)不同，測(cè)試費(fèi)用可能不同）與不做戶(hù)外測(cè)試而造成的損失之間的比較。不做戶(hù)外測(cè)試，雖然每年可節(jié)省1 000 美元的測(cè)試費(fèi)，但是可能會(huì)危及公司的聲譽(yù)及造成數(shù)百萬(wàn)美元的質(zhì)保賠償，甚至使公司被起訴。與不做測(cè)試帶來(lái)的損失相比，戶(hù)外老化測(cè)試的小投資顯然是相當(dāng)劃算的。

這種差別可以用術(shù)語(yǔ)“試驗(yàn)箱因素”來(lái)概括。這意味著老化試驗(yàn)箱內(nèi)測(cè)試條件的變化不能與戶(hù)外的相匹配，除非測(cè)試循環(huán)的時(shí)間和轉(zhuǎn)變速度與戶(hù)外的一樣。如果變化條件與戶(hù)外的不一樣，那么對(duì)材料的影響也不一樣。

根據(jù)以上分析可以得出以下推論：首先，因?yàn)閼?hù)外變化因素很多，而且測(cè)試循環(huán)時(shí)間相差太大，老化試驗(yàn)箱不能完全模擬戶(hù)外條件的復(fù)雜性；其次，加速老化試驗(yàn)與戶(hù)外暴露試驗(yàn)可能會(huì)得出不同的結(jié)果。（待續(xù)）

如需了解更多相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)信息，請(qǐng)聯(lián)系美國(guó)Q-Lab公司授權(quán)代理。