不同对色方法对聚苯乙烯标准塑料片老化测试结果的影响

余小鸽

(金发科技股份有限公司,广东广州 510663)

氙灯暴露试验是非金属材料的人工气候老化试验最主要也是最广泛采用的方法。氙灯暴露试验方法能较全面地模拟自然气候条件的综合影响。这些条件包括光、温度、喷水、亮暗交替等,其中最主要的因素是光,光强度在试验过程中是否正确、稳定直接影响试验结果,那么,怎么衡量光强度是否正确、稳定？另外,怎么衡量试样暴露之后的结果？为了解决这些问题,美国汽车工程协会(SAE)规定使用的一种特制的透明苯乙烯塑料片,聚苯乙烯标准塑料片曝露后的Δb*(黄变)与其经受的辐照量有确定的关系。在此,怎么衡量试样暴露之后的结果显得尤为重要。

本次试验中,研究了聚苯乙烯标准塑料片在经受一定辐照剂量的曝露后,用透射法和反射法分别测得聚苯乙烯标准塑料片的L、a、b值,通过对比两种对色方法数据,确定合适的评价聚苯乙烯标准塑料片老化后的评价方法。

1 实验部分

1.1 原料与设备

聚苯乙烯标准塑料片(PS)；氙灯人工试验箱,水冷式:美国,ATLASCI4000；色差仪:美国,GretagMacbeth ColorEye 7000A。

1.2 试验条件

聚苯乙烯标准塑料片一般在标准SAE J1960 或SAE J1885 规定的试验中用来监控氙灯暴露试验设备是否运行正常。本次试验将聚苯乙烯标准塑料片装在试验架中并放置在紧邻黑板温度计的位置上,在SAE J1885 老化条件下,经过1 天、3 天、5 天曝露,取出聚苯乙烯标准塑料片,在色差仪测量L、a、b值。试验条件见表1。

表1 SAE J1885 试验条件Table 1 SAE J1885 test conditions

1.3 颜色测量和色差计算方法

按GB/T 3979-1997 和GB/T 7921-1997 进行,测量条件为D65 标准光源,10°视角,选用CIELAB 色差公式。

透射法:将设备调整至透射模式,将色差仪透射模式下校准用的透射白板至于反射模式时样本位置,对聚苯乙烯标准塑料片进行测量。

反射法:将设备调整至反射模式,将色差仪反射模式下校准用的白板垫于聚苯乙烯标准塑料片之下进行测量。

2 结果与讨论

2.1 L、a、b值比较

表2 和表3 为聚苯乙烯塑料板在SAE J1885 老化条件下,经过1 天、3 天、5 天曝露,所测得的颜色数据。

表2 聚苯乙烯标准塑料片颜色测量（反射法）Table 2 Polystyrene plastic sheet color measurement (treflection method)

表3 聚苯乙烯标准塑料片颜色测量(透射法)Table 3 Polystyrene plastic sheet color measurement (transmission method)

从表2 和表3的数据可以看出:1)对于L值而言,反射法测得的数据比透射法要大,大概是3 个点左右。而对比L值下降的幅度来看,下降的幅度则是透射法比反射法要大,反射法5 天的L值和原始L值相比,差值为0.63,而透射法为2.3。2)对于a值而言,透射法测得的数据比反射法要大,大概是1 个点左右。而对比a值下降的幅度来看,下降的幅度两者是相当的。3)对于b值而言,透射法测得的数据比反射法要大,大概是5个点左右。而对比b值增加的幅度来看,增加的幅度两者是相当的。4)对于ΔE而言,透射法的增幅要比反射法大,呈现不规律的增长。

反射用标准白板L值为95.8,a值为-0.24,b值为2.72,对比反射法所得聚苯乙烯标准塑料片数据,发现反射法测得的数据与反射用标准白板的数据较为相近,这是因为用反射法测量聚苯乙烯标准塑料片时,因为校准用白板与聚苯乙烯标准塑料片是贴着的,所以数据受校准用白板影响较大。而在透射模式时,校准用透射白板与聚苯乙烯标准塑料片距离较远,所以受透射白板影响小。

2.2 数学模型比较

将表2、表3的数据分析作图,分别得到不同方法下L、a、b值线性关系图,如图1～图5 所示。

图1 2 种对色方法L值变化图Fig.1 Lvalue change diagram of two color matching method

图2 2 种对色方法a值变化图Fig.2 avalue change diagram of two color matching methods

图3 2 种对色方法b值变化图Fig.3 bvalue change diagram of two color matching methods

图4 2 种对色方法Δb值变化图Fig.4 Δbvalue change diagram of two color matching methods

图5 2 种对色方法ΔE值变化图Fig.5 ΔEvalue change diagram of two color matching methods

从上图可以看到,数据变化均有密集于某直线的趋向。因此,通过最小二乘法准则在老化时间和变化趋势之间建立线性回归关系。

反射法测得的L值线性回归方程为:y=-0.209x+94.7,R2=0.996。

透射法测得的L值线性回归方程为:y=-0.773x+92.49,R2=0.863。

反射法测得的a值线性回归方程为:y=-0.115x-0.185,R2=0.98。

透射法测得的a值线性回归方程为:y=-0.081x+0.83,R2=0.448。

反射法测得的b值线性回归方程为:y=0.501x+2.705,R2=0.962。

透射法测得的b值线性回归方程为:y=0.366x+8.27,R2=0.519。

反射法测得的Δb值线性回归方程为:y=0.575x-0.2467,R2=0.955。

透射法测得的Δb值线性回归方程为:y=0.56x-0.6467,R2=0.559。

反射法测得的ΔE值线性回归方程为:y=0.625x-0.858,R2=0.965。

透射法测得的ΔE值线性回归方程为:y=1.23x-2.433,R2=0.937。

从ΔE的变化趋势上看,无论是透射法还是反射法测得的值都呈现一定的线性关系,这印证了可以采用聚苯乙烯标准塑料片做日常的设备状态确认。

从线性回归的相关因数上看,用反射法测得的L、a、b值线性关系较好,而透射法测得的a值线性关系最差。而对于聚苯乙烯标准塑料片而言,我们最重要的是考察它的Δb值得变化,从上述线性回归方程来看,反射法测得的Δb值呈线性变化相关性较好。

反射法比透射法测得的数据线性相关性要好,这一点与上面讨论的反射法中用到标准白板对聚苯乙烯标准塑料片的测试数据的影响大也是一致的。

3 结论

通过本次试验,我们可以得到,用反射法测得的数据因受背板(标准白板)影响大,测得数据线性关系好,而透射法测得的数据线性关系差。在采用聚苯乙烯标准塑料片做日常的设备状态确认时,采用反射法作为老化结果的评判更为合适。