毫無疑問，我們都知道紫外線(UV)輻射對(duì)我們自己的主要影響-我們中有多少人在陽光下曬了一天后，鼻子變紅了？我們的皮膚并不是唯一受影響的有機(jī)結(jié)構(gòu)；即使是聚合物也會(huì)在一定程度上受到陽光和紫外線輻射的影響。主要的問題是，這么多的參數(shù)影響曝光的水平，有幾種方式提供阻力的影響。

紫外輻射與電磁波譜

紫外光是電磁光譜的一部分。與可見光相比，它位于能量的高端，在能量中，X射線和伽瑪射線緊隨其后-見圖表。

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electromagnetic spectrum

如表1所述，紫外線輻射分為三種不同類型，以及它們的特征效應(yīng)。

描述 波長范圍(Nm) 共同效應(yīng)

UVA 320 – 400 皮膚鞣制

UVB 280 – 320 皮膚灼傷

UVC 100 – 280 殺菌

考慮紫外線對(duì)聚合物的影響的主要問題之一是與平流層臭氧、云層、高度、太陽高度(日時(shí)、日時(shí))和反射有關(guān)的強(qiáng)度。這些影響的復(fù)雜性可以從全球范圍內(nèi)的紫外線水平圖中看出，暗綠色是最高的：

同樣重要的是要記住，實(shí)際的環(huán)境溫度和濕度將加速任何強(qiáng)度水平的影響。紫外線對(duì)聚合物的主要影響

所有類型的紫外線都會(huì)在聚合物結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，這可能是一種好處，也可能導(dǎo)致某種材料的降解。請(qǐng)注意，與我們的皮膚相比，更高的能量UVC更有可能影響塑料。

退化。

主要的可見效應(yīng)是白堊狀的外觀和在材料表面的顏色偏移，組件表面變得脆弱。我可以擔(dān)保這些效果，就像我的孩子們的紅色聚丙烯(PP)猴條一樣。在花園里待了幾年后，擠出的管子保持了完全的顏色，而注射成型的夾緊件變得白色和開裂。其他可能受太陽照射影響的部件包括體育場座椅、戶外家具、溫室薄膜、窗框和汽車零部件。

一些塑料暴露在比我們?cè)诘厍蛏辖?jīng)歷的更嚴(yán)酷的輻射水平。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(HST)和國際空間站(ISS)的組件需要能夠滿足外層空間需求的塑料。氟聚合物如FEP和Kapton等聚酰亞胺是成功用于HST和ISS的塑料。

上述影響主要發(fā)生在材料的表層，不太可能延伸到0.5mm以上的深度。然而，由某些商品塑料的高度脆性引起的應(yīng)力集中很可能導(dǎo)致零件完全失效。福利。

我們中的許多人受益于UV輻射固化的保護(hù)性聚合物涂層，如聚氨酯-丙烯酸酯，在汽車外部部件上。對(duì)許多人來說，更多的局部好處是反頂凈化器和水冷卻器中的紫外線輻射，這通常是由良好的傳輸特性所輔助的。FEP(含氟乙烯丙烯)管以及它不退化的能力。熔融處理的FEP也被用作紫外線燈上的保護(hù)層，用于電子蒼蠅殺手，涂層提供優(yōu)良的傳輸(0.25mm薄膜的損失僅為4%左右)。在塑料基板上，油墨的紫外光固化也有很多應(yīng)用。不完全與塑料相關(guān)的是UVC輻射，可用于部件的滅菌。UV輻射與塑料的相互作用

塑料吸收的紫外線能激發(fā)光子，然后產(chǎn)生自由基。雖然許多純塑料不能吸收紫外線輻射，但催化劑殘留物和其他雜質(zhì)的存在往往會(huì)起到受體的作用，導(dǎo)致降解。只有極少量的雜質(zhì)才能發(fā)生降解，例如，聚碳酸酯中鈉含量每十億的微量就會(huì)引起顏色不穩(wěn)定。在氧存在下，自由基形成氧氫過氧化物，從而破壞主鏈的雙鍵，形成脆性結(jié)構(gòu)。這一過程通常稱為光氧化。然而，在沒有氧氣的情況下，由于交聯(lián)過程的影響，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和國際空間站所使用的塑料仍然會(huì)發(fā)生降解。

未改性的耐紫外線塑料有POM(縮醛)、PC、ABS和PA6/6。其它塑料如PET、PP、HDPE、PA 12、PA 11、PA6、PES、PPO、PBT和PPO被認(rèn)為是合理的。請(qǐng)注意，PC/ABS合金的評(píng)級(jí)也是公平的。宙斯擠出的聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、FEP和PEEKTM等聚合物可獲得良好的抗紫外線性能。在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡中使用的聚酰亞胺(PI)和聚醚酰亞胺(PEI)是唯一具有優(yōu)異電阻的塑料。

聚四氟乙烯(PTFE)具有特別好的抗紫外線能力，因?yàn)樗奶挤I(C-F)比碳-氫(C-H)鍵高出近30%，碳-氫(C-H)鍵是圍繞螺旋中碳(C-C)骨架的共同側(cè)鍵，并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。大多數(shù)氟聚合物的結(jié)構(gòu)中也沒有光吸收色團(tuán)雜質(zhì)，可以作為光氧化的引發(fā)劑。

紫外線和塑料的一個(gè)有用的相互作用是與熒光增白劑(FWA)。在自然光下，許多聚合物產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)黃色的外觀。但加入FWA后，被吸收的UV光會(huì)在可見光的藍(lán)色區(qū)域(400~500 nm波長)發(fā)射，而不是在黃色區(qū)域。與其他添加劑相比，F(xiàn)WAs只需在較小的水平上添加，按重量計(jì)算一般為0.01%。

如何避免紫外線降解

通過使用穩(wěn)定劑、吸收劑或阻滯劑，有幾種方法可以避免塑料中紫外線的降解。在許多戶外應(yīng)用中，簡單地添加2%左右的炭黑將通過阻塞過程為結(jié)構(gòu)提供保護(hù)。其他顏料，如二氧化鈦，也可能是有效的。有機(jī)化合物如二苯甲酮和苯并三氮唑是典型的吸收劑，它們選擇性地吸收紫外線，并以較小的有害波長(主要是熱)再發(fā)射。苯并三唑型好，顏色低，可在0.5%以下的低劑量率下使用。

另一個(gè)主要的保護(hù)機(jī)制是添加穩(wěn)定劑，最常見的是HALS(受阻胺光穩(wěn)定劑)。它們吸收激發(fā)基，阻止自由基的化學(xué)反應(yīng)。

在實(shí)踐中，使用的各種類型的添加劑是組合或合成原來的聚合物作為一種特殊等級(jí)的紫外線防護(hù)。在一些塑料中添加抗氧化劑可能很有吸引力，以避免光氧化，但必須注意選擇的抗氧化劑不作為紫外線吸收劑，這實(shí)際上將加強(qiáng)降解過程。

部件測試

組件的風(fēng)化通常與戶外產(chǎn)品相關(guān)，但室內(nèi)條形熒光燈也可能產(chǎn)生紫外線輻射，在這種情況下，外殼應(yīng)具有抗降解和抗不良著色的能力。加速老化是一種常用的技術(shù)，用于評(píng)估產(chǎn)品暴露在各種來源的人造光下的長期損害。這種暴露通常發(fā)生在高溫下，并且可以在高濕度的情況下循環(huán)進(jìn)行。

有幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范照明的類型和水平，例如ASTM D 2565(用于戶外應(yīng)用的塑料Xenon弧曝光標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施規(guī)程)。其他產(chǎn)品有：ASTM D 4329(熒光燈)、ASTM D 4459(用于室內(nèi)應(yīng)用的2565)、SAE J 1960(帶有Xenon弧的汽車外殼)、ISO 4892-2(Xenon圓弧)和ISO 4892-3(熒光燈)。然而，在曝光期結(jié)束時(shí)，沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的性能提供所需的標(biāo)準(zhǔn)。

幾個(gè)主要用戶得出了自己的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)例子是塑料管研究所對(duì)塑料管的風(fēng)化(TR18/99號(hào)報(bào)告)，該報(bào)告警告說，美國不同地點(diǎn)的環(huán)境差異很大。另一種是塑料木材，在500小時(shí)的暴露后，外部皮膚的硬度不得改變超過10%。

在上面的列表中，有關(guān)于室內(nèi)應(yīng)用中暴露的標(biāo)準(zhǔn)。這與熒光燈外殼中使用的塑料非常相關(guān)，因?yàn)闊晒鉄敉鈿さ墓庾V含有紫外線輻射。如果使用不穩(wěn)定的聚合物，就會(huì)有明顯的變色效果。

摘要

如果一個(gè)產(chǎn)品要暴露在陽光直射，設(shè)計(jì)師或工程師必須制定適當(dāng)?shù)臏y試標(biāo)準(zhǔn)，并確保塑料有適當(dāng)?shù)呐浞?，以保持預(yù)期的長期性能。包括添加劑的聚合物熔體過程可以提供保護(hù)，或如果體積足夠高，添加劑可以預(yù)合成樹脂。