高分子材料耐候性cnas检测的加速老化试验流程

高分子材料广泛应用于户外建材、汽车部件、电子外壳等领域，但长期暴露在光、热、水、氧等自然环境中会发生老化，导致色变、开裂、力学性能下降等问题。加速老化试验通过模拟自然环境的极端条件，可快速评估材料的耐候性，而CNAS（中国合格评定国家认可委员会）检测通过严格的流程规范，确保试验结果的准确性与权威性。本文聚焦高分子材料耐候性cnas检测的加速老化试验流程，拆解从方案制定到结果判定的关键环节，为行业提供可落地的操作指引。

试验方案的前期制定

试验方案是加速老化试验的核心依据，需结合材料类型与应用场景确定。首先，根据材料属性（如塑料、橡胶、涂料）选择对应的国家标准或国际标准，例如塑料常用GB/T 16422《塑料 实验室光源暴露试验方法》，橡胶参考GB/T 3512《硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验》，涂料则采用GB/T 1865《色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露》。若材料用于汽车外饰，还需额外参考汽车行业标准（如ISO 11341），确保试验条件匹配实际使用环境。

其次，明确试验目的：是评估色牢度、力学性能保留率，还是表面形貌变化？不同目的对应不同的检测项目——若关注色变，需在方案中明确色差仪的测试参数（如CIE L*a*b*色空间）；若考察力学性能，需规定拉伸强度、断裂伸长率的测试标准（如GB/T 1040）。

最后，确定试验条件：光照源选择是关键——氙灯因光谱接近自然光，适用于大多数高分子材料；紫外灯（如UV-A、UV-B）则针对特定波长的光老化（如涂料的光降解）。此外，需设定光照强度（如0.55W/m²@340nm，对应氙灯的常用辐照度）、黑板温度（63℃±3℃，模拟户外高温）、相对湿度（50%±10%），以及循环周期（如“光照102分钟+喷淋18分钟”，模拟昼夜交替与降雨）。

样品的制备与预处理

样品制备需严格遵循标准要求，确保重复性与可比性。首先，样品尺寸：板状材料通常为100mm×100mm×（2-3）mm（如PVC建材），薄膜材料为150mm×50mm（如包装用PE膜），需保证样品表面平整、无气泡或划痕——缺陷会加速局部老化，影响结果真实性。

其次，样品数量：至少制备3个平行样（CNAS要求“多组平行试验以验证结果一致性”），若需考察不同方向的老化差异（如纤维增强塑料的经向与纬向），需增加对应数量的样品。

预处理环节不可忽视：样品需在标准环境（23℃±2℃、50%RH±5%）下放置24小时，消除加工过程中产生的内应力——内应力会导致样品在老化过程中提前开裂。此外，样品标识需采用无影响方式：用铅笔或激光打标标注编号，避免使用油漆、记号笔等化学物质（这类物质可能与材料发生反应，改变老化行为）。

试验设备的校准与参数设定

CNAS要求试验设备必须通过计量校准，确保参数的准确性。校准项目包括：氙灯的辐照度（用二级标准辐照度计测量）、温度（用经校准的热电偶或红外测温仪验证）、湿度（用湿度传感器校准）、喷淋系统的流量（用流量计检测）。校准报告需留存，作为CNAS复评审的依据。

参数设定需与试验方案一致：以氙灯加速老化试验为例，先将辐照度调至0.55W/m²@340nm，再设定黑板温度为63℃——黑板温度是模拟材料表面的实际温度，比环境温度高10-15℃，更接近户外真实情况。湿度设定为50%，避免高湿度导致材料吸潮（如尼龙材料吸潮后力学性能会下降）。循环周期需严格执行：“光照102分钟+喷淋18分钟”的循环，其中喷淋环节是模拟降雨，冲刷样品表面的灰尘与降解产物，防止污染物积累加速老化。

加速老化试验的运行操作

样品安装需规范：将样品垂直固定在设备的样品架上（倾斜角度不超过15°，避免积液），样品间间距≥20mm，保证空气流通——若样品过于密集，局部温度会升高，导致老化速率不均匀。安装前需检查样品架的清洁度：去除表面的灰尘或残留样品，避免污染新样品。

设备启动前需预运行30分钟，待参数稳定后再放入样品——预运行可排除设备的“初始波动”（如氙灯启动时辐照度会短暂偏高）。正式运行后，需每2小时记录一次设备参数（光照强度、温度、湿度），若参数偏离设定值（如温度超过63℃±3℃），需立即检查冷却系统（如氙灯的水冷或风冷装置是否正常）；若辐照度下降（如使用2000小时后，氙灯的辐照度会降低10%-15%），需及时更换氙灯灯管。

此外，定期清洁设备的过滤系统：氙灯设备的石英过滤片需每100小时擦拭一次（用无水乙醇），避免灰尘积累遮挡光线——过滤片的清洁度直接影响光照的均匀性。

试验过程中的中间检测

中间检测是追踪老化过程的关键环节，需按方案设定的时间点（如0小时、500小时、1000小时、1500小时）取出样品检测。检测前需将样品放回标准环境中平衡2小时，消除温度差异对检测结果的影响。

检测项目需与试验目的对应：若关注色变，用色差仪测量ΔE（色差值）——ΔE≤3为“轻微变色”，ΔE＞5为“明显变色”；若考察力学性能，用拉力机测试拉伸强度保留率（保留率=老化后强度/初始强度×100%），通常要求保留率≥80%（如户外塑料建材）；若观察表面形貌，用体视显微镜（放大10-50倍）检查裂纹、粉化情况——裂纹长度超过1mm需记录为“严重老化”。

中间检测后，需将样品放回原位置继续试验，避免改变样品的暴露条件（如位置变化导致光照强度不同）。若某一样品在中间检测中出现异常（如提前开裂），需保留该样品，用于后续的失效分析（如红外光谱分析降解产物）。

试验数据的记录与整理

CNAS要求试验数据必须“可追溯、原始、准确”，记录内容包括：设备编号、校准日期、样品编号、试验条件（光照强度、温度、湿度）、运行时间、中间检测结果、异常情况（如设备停机、样品损坏）。记录需用纸质或电子表格（带时间戳），避免后期修改。

数据整理时，需计算平行样的平均值与相对标准偏差（RSD）：若RSD＞5%，需重新检查样品制备或设备参数——例如，若3个平行样的拉伸强度保留率分别为85%、78%、90%，RSD为6.8%，需排查是否样品安装位置不同导致老化速率差异。

此外，需保留原始检测图谱：如色差仪的测试报告、拉力机的应力-应变曲线、显微镜的形貌照片，这些资料是CNAS评审时的重要依据。

试验结果的符合性判定

结果判定需结合标准要求与客户需求。首先，对比试验结果与标准限值：例如，GB/T 16422.2要求，塑料氙灯加速老化1000小时后，色差值ΔE≤4，拉伸强度保留率≥75%——若样品的ΔE为3.2，保留率为82%，则判定为“符合标准要求”。

其次，考虑客户的特定要求：若客户要求汽车外饰件的色差值ΔE≤2，即使样品符合国家标准，也需判定为“不符合客户要求”。判定过程需形成书面报告，内容包括：试验方案、样品信息、设备参数、检测结果、判定依据、结论。

最后，若结果不符合要求，需分析失效原因：例如，若样品出现严重开裂，需用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析降解产物——若谱图中出现羰基（C=O）特征峰（1720cm⁻¹），说明材料发生了光氧化降解，需建议客户调整配方（如添加抗氧剂或紫外吸收剂）。