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CLASS.3如何评测车衣膜耐老化性能?



装贴隐形车衣时,车主们经常听到“我们的车衣质保10年”、“10年不黄变”的承诺,车衣膜的使用寿命有多长呢?什么样的车衣膜更耐老化?


01

老化相关概念


老化是指高分子材料在使用过程中,暴露在自然或人工环境下,性能慢慢恶化,以致最后丧失使用价值的现象。表现在隐形车衣上,就是车衣膜出现粉化、开裂、变色、失光等,车主普遍关注的黄变和水解问题,都属于老化。


老化是一种不可逆的变化,但车衣膜厂家可以采取适当的防老化措施,提高车衣膜耐老化的性能,延长使用寿命。车衣膜由PVC进化到TPU,一大原因就是TPU的耐候性更强,更耐老化黄变。



02

黄变原理及影响因素


对于TPU车衣膜来讲,研究清楚TPU老化的原理才能针对性地解决老化问题。


TPU是一种由二异氰酸酯、扩链剂、多元醇组成的多相嵌段共聚物。


●  聚合物结构本身性能的影响:聚合物大分子链键之间存在键能,当提供的能量大于键能时,则分子链容易生产活性中心,会使聚合物在使用和贮存的过程中产生逐步的降解导致黄变。


●  光的影响:当材料吸收光能后在吸收的部位上的分子链就会产生碳碳键或是碳氢键的裂解。


●  热、氧的影响:材料发生氧化作用,热会加速材料的氧化过程。形成过氧化结构后容易形成游离基,导致浅、白色材料变色。


●  其它因素的影响:老化还与材料中添加的助剂、存在的水分、杂质以及加工生产工艺有关,混入各种化学或机械杂质都会降低聚合物的稳定性。


同样是TPU车衣膜,黄变速度也有快有慢,这是什么原因呢?


根据二异氰酸酯的种类不同,TPU主要分为芳香族TPU和脂肪族TPU。


●  芳香族TPU含苯环,易受到外界干扰,不太稳定,由此生产的隐形车衣易发生黄变,快速老化,所以芳香族TPU主要用于合成革、建材等对于耐黄性要求不高的领域。


●  脂肪族TPU不含苯环,结构更稳定,不容易受到紫外线的影响,因此常用于航空、光学镜片、医疗器具等高端领域。


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图示:芳香族TPU即时添加了紫外线稳定剂,在照射1000h后黄变指数也会高于40,而脂肪族TPU在经过1500照射后,黄变指数依然低于10。


脂肪族TPU虽然耐老化、耐黄变,但不意味着车衣膜只要使用脂肪族TPU就一定会不黄变老化,车衣用的脂肪族TPU对UV稳定剂和抗氧剂等助剂有特殊要求,另外,选用的脂肪族TPU基膜型号不对还会导致膜开裂,所以只有专有牌号的脂肪族TPU才能真正做到耐老化、不黄变。



03

水解原理


为什么一些车衣使用了脂肪族的TPU作为基膜,仍然开裂呢?


除二异氰酸酯外,TPU另外一个重要组成成分是多元醇。根据多元醇种类的不同,TPU可以分为聚酯型、聚醚型、聚己内酯型和聚碳酸酯型。

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●  聚酯型TPU材料易发生水解。聚酯在酸或碱的作用下会发生水解(第二个方程式),从而导致聚酯型TPU降解,降解到一定程度很容易断裂。


●  聚醚型TPU不易水解,但是它会发生热氧降解。因醚键内聚能较低,在热氧条件下分子链容易发生断裂,导致降解。


●  聚己内酯型综合性能最佳。聚己内酯型TPU比聚醚型和聚酯型TPU拥有更加平衡的性能,一方面它能表现出普通聚酯型TPU的优良抗撕裂,同时又表现出聚醚型TPU突出的压缩永久变形和回弹性能,因而在市场中得到了广泛的应用。


为了进一步比较聚酯型,聚醚型,聚己内酯型TPU的耐候性能(这里比较的三种TPU都是脂肪族TPU),下图列出了使用模拟日照的超级氙灯加速老化后的拉伸数据,图中柱状越高,说明材料的耐候性能越好。

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可以发现,聚己内酯型TPU经过多日的辐照后仍能保持一定的物性,说明它的耐候性最为理想。聚酯型TPU耐辐照的能力比较差,最后残留物性比较低。耐辐照表现最差的是聚醚型脂肪族TPU,样条已经开裂,不能继续测试。



敲重点

# 隐形车衣一定要选择聚己内酯型脂肪族TPU基膜。


04

耐老化实验


耐老化实验主要是模拟车衣膜产品在现实环境使用过程中各种恶劣条件的高强度测试,评估产品性能的变化,并根据实际要求,合理地预测产品的使用寿命。


●  实验原料

凯阳SMM301(由路博润ESTANE® 车衣膜专用脂肪族TPU粒子制成) 、TPU膜 A、TPU膜 B


● 实验方法

QUV (UVB) 1000 hrs

模拟由太阳紫外光引起的破坏,通过将TPU材料暴露在 0.89 W/㎡辐照度,波长为 310 nm-340nm的紫外线下 1000 h ,进行 12 h的循环——包括 8 h紫外线辐射和 4 h冷凝,来对材料进行测试。

测试样品的暴露时间设置为1000h,相当于日常使用中汽车在户外约10年间造成的损害。


● 实验标准

ASTM G154-16


● 实验设备

QUV紫外加速老化试验机

QUV紫外加速老化试验机能重现太阳光、雨水和露水造成的损害。在几天或几周之内,QUV紫外测试仪就能够再现户外数月或数年造成的损害,模拟户外老化。QUV试验机将材料暴露在交替循环的UV光、可控的湿度及高温环境下,使用特殊的荧光紫外灯管模拟阳光的照射,用冷凝湿度或水喷雾的方法模拟露水和雨水。QUV紫外加速老化试验机是最简单、最可靠、最易用的老化试验机,是世界上使用最广泛的老化试验机。


● 实验结果1

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△图左为凯阳SMM301


●  实验结果2

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△图左为凯阳SMM301


由实验结果1可以明显看出,在1000h同样的紫外线照射条件下,同等面积的TPU材料,使用路博润车衣料制作的凯阳SMM301薄膜经受住了辐照考验,样品A和样品B都发生了一定脆性变化,样品A产生气孔,而样品B则发生开裂。这说明如果不进行TPU的耐候比较测试,识别出车衣的专用牌号,仍然会有较大使用风险。


在加速老化实验1000h后将样品取出,进行拉伸试验,由实验结果2可以看出,凯阳SMM301样品保持了良好的延展性能和抗拉性能,未出现失光现象,而其他样品则出现断裂、失光。


此外,耐老化实验还可以通过QSUN方式,也可以使用日本最新推出加速的超级氙灯灯箱SuperUV进行评估,在QSUN实验中(使用氙灯模拟日光,能量在60W/㎡,模拟3000h以上),凯阳SMM301薄膜在视觉和物理质量上依然表现优秀,经久耐用、性能可靠。


凯阳采用路博润Estane®TPU制成的SMM301基膜已被证明在抗撕裂强度、抗雾霾和耐黄变方面都优于其他材料,由凯阳SMM301作为基膜的车衣膜,使用寿命可达10年之久。



由以上分析可知,在购买车衣膜产品时,不仅要选择聚己内酯型脂肪族TPU基膜,并且要选择车衣专用的TPU的牌号,这样才能保证车衣膜的品质和使用年限。





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原文始发于微信公众号(凯阳新材):凯阳小课堂|如何评测车衣膜耐老化性能?

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作者 xie, yao