塑料件紫外线耐老化测试报告

一、测试概述

塑料件因重量轻、成型工艺简单、成本低廉等优势，被广泛应用于汽车、家电、建筑、电子等多个领域。然而，塑料材料在户外或含紫外线照射的服役环境中，长期受到紫外线、氧气、温度等环境因素的协同作用，易发生光氧化老化现象——表现为材料分子链断裂、交联，进而引发外观黄变、光泽度下降、表面开裂，以及拉伸强度、冲击强度等力学性能衰减，最终导致产品使用寿命缩短、功能失效，甚至引发安全隐患。

当前市场上塑料件产品种类繁多，材质配方、加工工艺差异较大，耐紫外线老化性能参差不齐。尤其是汽车内饰、户外家电等长期暴露于紫外线环境的产品，其耐老化性能直接决定了产品的使用体验与可靠性。本次测试聚焦两种典型应用场景的塑料件（汽车内饰PP+T20塑料件、户外家电ABS+UV稳定剂塑料件），重点开展紫外线耐老化专项测试。通过模拟自然紫外线照射环境（采用荧光紫外灯加速老化试验），系统跟踪不同老化时长下塑料件的黄变程度（黄变指数）及核心力学性能（拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度）的变化规律；分析紫外线照射时长对老化程度的影响；探究材质配方（如UV稳定剂添加）对耐老化性能的提升作用；结合加速老化与自然老化的相关性，推算产品在实际使用环境中的使用寿命。通过系统测试与分析，全面验证测试对象的紫外线耐老化可靠性水平，识别性能薄弱环节，为塑料件材质优化、配方改进、应用场景适配及产品质量管控提供科学、客观的数据支撑。

二、测试目的

1.  测定XX型号汽车内饰PP+T20塑料件、户外家电ABS+UV稳定剂塑料件在不同紫外线老化时长下的黄变指数，量化评估紫外线照射对塑料件外观黄变的影响程度及变化规律。

2.  测试两种塑料件在紫外线老化过程中的核心力学性能（拉伸强度、断裂伸长率、简支梁冲击强度）衰减情况，明确力学性能随老化时长的衰减规律。

3.  分析紫外线照射时长、材质配方（UV稳定剂添加）对塑料件黄变程度与力学性能衰减的影响机理，识别耐老化性能的关键影响因素。

4.  基于加速老化测试数据，结合自然老化相关性模型，推算两种塑料件在实际使用环境中的耐紫外线老化使用寿命。

5.  验证测试对象的紫外线耐老化性能是否符合国家/行业标准及企业质量要求，为产品合规性认证与批量生产提供依据。

6.  对比两种不同材质塑料件的耐紫外线老化性能差异，为不同应用场景的塑料件选型提供参考。

三、测试依据

1.  国家标准：GB/T 16422.2-2014《塑料 实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯》、GB/T 16422.3-2014《塑料 实验室光源暴露试验方法 第3部分：荧光紫外灯》、GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》、GB/T 1040.2-2006《塑料 拉伸性能的测定 第2部分：模塑和挤塑塑料的试验条件》、GB/T 1043.1-2008《塑料 简支梁冲击性能的测定 第1部分：非仪器化冲击试验》、GB/T 250-2008《纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡》（参考黄变程度评定）。

2.  行业标准：HG/T 3862-2006《塑料老化试验用荧光紫外灯》、SAE J2412-2018《汽车内饰材料的加速老化测试方法》、IEC 60068-2-54:2018《环境试验 第2-54部分：试验 试验Ke：流动混合气体腐蚀试验》（参考老化环境控制）。

3.  企业标准：Q/XX 2024045《塑料件紫外线耐老化性能技术要求》，其中标称：荧光紫外灯加速老化1000h后，黄变指数ΔYI≤3.0；拉伸强度保留率≥80%；断裂伸长率保留率≥70%；简支梁冲击强度保留率≥75%；实际使用环境中耐紫外线老化使用寿命≥5年。

四、测试设备与环境

（一）核心测试设备

本次测试所用核心设备均经专业计量校准，精度符合测试要求，状态良好，具体包括：荧光紫外老化试验箱（光源：UVA-340荧光紫外灯，波长范围315~400nm，辐照度0.89W/(m²·nm)，温度控制范围30℃~80℃，湿度控制范围10%~95%RH），用于模拟紫外线加速老化环境；色差仪（测量范围L*=0~100，a*=-120~120，b*=-120~120，精度ΔE*ab≤0.04），用于测定塑料件的黄变指数；电子万能试验机（型号：WDW-100，最大试验力100kN，测试速度0.01~500mm/min，精度±0.5%），用于测定塑料件的拉伸强度、断裂伸长率；简支梁冲击试验机（冲击能量0.5~50J，精度±1%），用于测定塑料件的简支梁冲击强度；体视显微镜（放大倍数10~160倍），用于观察塑料件老化后的表面形貌（开裂、粉化等）；恒温恒湿试验箱（温度范围-40℃~150℃，湿度范围20%~98%RH，精度±1℃/±2%RH），用于老化测试前后样品的状态调节；电子天平（型号：FA2004，精度0.1mg），用于样品质量称量；邵氏硬度计（测量范围0~100HD，精度±1HD），用于测定塑料件老化前后的硬度变化。

（二）测试环境参数

本次测试在标准化实验室环境中开展，环境参数严格受控，确保测试结果的准确性与重复性。具体参数如下：常温测试环境温度23±2℃，相对湿度50±5%RH，大气压力86kPa~106kPa；紫外线加速老化测试参数：光源为UVA-340荧光紫外灯，辐照度0.89W/(m²·nm)，采用“光照+冷凝”循环模式（光照阶段：60℃，4h；冷凝阶段：50℃，4h），循环周期8h；老化测试时长设置为0h（初始状态）、200h、400h、600h、800h、1000h；测试区域无振动、无强光干扰，市电电压稳定在220V±10%，频率50Hz±1Hz；所有测试设备可靠接地，接地电阻≤4Ω。

五、测试样品

（一）样品来源与规格

测试样品为两种典型应用场景的塑料件：汽车内饰塑料件（材质：聚丙烯（PP）+20%滑石粉增强，PP+T20）、户外家电塑料外壳（材质：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）+0.5%UV稳定剂）。每种塑料件随机抽取3个生产批次，每批次制备30个标准测试样品，共计180个样品（汽车内饰PP+T20塑料件90个、户外家电ABS+UV塑料件90个）。各样品核心规格参数如下：

1.  汽车内饰PP+T20塑料件：标准拉伸试样（Type 1A，尺寸170mm×12.5mm×4mm）、标准简支梁冲击试样（尺寸80mm×10mm×4mm，无缺口）、黄变测试试样（尺寸50mm×50mm×4mm）；PP熔点164~170℃，滑石粉含量20%，邵氏硬度85HD，初始黄变指数YI=1.2；

2.  户外家电ABS+UV塑料件：标准拉伸试样（Type 1A，尺寸170mm×12.5mm×4mm）、标准简支梁冲击试样（尺寸80mm×10mm×4mm，无缺口）、黄变测试试样（尺寸50mm×50mm×4mm）；ABS密度1.05g/cm³，UV稳定剂含量0.5%，邵氏硬度92HD，初始黄变指数YI=0.8。

（二）样品分组与预处理

1.  样品分组：将每种塑料件的90个样品分为6个测试组，每组15个（含3个批次，每批次5个），分别对应老化时长0h、200h、400h、600h、800h、1000h；每组样品包含5个拉伸试样、5个冲击试样、5个黄变测试试样，确保每个老化节点的各项性能测试均有足够样品支撑。

2.  样品预处理：所有样品在测试前均经过严格的预处理流程，确保初始状态一致。首先进行外观检查，剔除表面划伤、气泡、缺料、色差等外观缺陷的不合格样品；其次进行初始性能检测，用色差仪测定黄变指数、电子万能试验机测定拉伸强度与断裂伸长率、简支梁冲击试验机测定冲击强度，记录初始值；将所有样品放置于常温测试环境中静置24h，使样品温度与环境温度一致；测试前用无水乙醇擦拭样品表面，去除灰尘、油污等杂质，确保表面洁净干燥。

六、测试方法与步骤

（一）紫外线加速老化测试

1.  测试准备：将各老化时长组的样品（除0h组）放入荧光紫外老化试验箱，样品均匀放置于样品架上，确保每个样品表面受到的紫外线辐照均匀，样品间距≥20mm，避免相互遮挡；设置老化测试参数：UVA-340光源，辐照度0.89W/(m²·nm)，光照阶段60℃/4h，冷凝阶段50℃/4h，循环周期8h。

2.  测试过程：启动试验箱，按照设定的老化时长（200h、400h、600h、800h、1000h）进行加速老化测试；在每个老化时长节点结束后，取出对应组的样品，放置于常温测试环境中静置2h，使样品温度与环境温度一致，随后进行黄变程度与力学性能测试；老化过程中，定期检查试验箱的辐照度、温度、湿度参数，确保设备运行稳定，记录设备运行数据。

（二）黄变程度测试

1.  测试准备：将老化后的黄变测试试样放置于色差仪测试平台，校准色差仪（使用标准白板校准）；设置测试模式为CIE 1976 L*a*b*颜色空间，测试孔径8mm。

2.  测试过程：在每个试样表面选取5个均匀分布的测试点（中心点1个，四周各1个），分别测定各测试点的L*（明度）、a*（红绿色度）、b*（黄蓝色度）值；根据公式计算黄变指数ΔYI：ΔYI=YI_老化后 - YI_初始，其中YI=100×(1.28×L* - 1.07×a* - 0.81×b*)/(L*)；每个样品取5个测试点的平均值作为最终黄变指数，对比不同老化时长的黄变指数变化。

（三）力学性能测试

1.  拉伸性能测试

（1）测试准备：将老化后的拉伸试样放置于电子万能试验机的夹具中，调整夹具间距为115mm（根据Type 1A试样标准）；设置测试参数：拉伸速度50mm/min，预载荷10N。

（2）测试过程：启动试验机，进行拉伸试验，实时记录拉伸力与位移数据；当试样断裂时，停止试验，记录断裂时的最大拉伸力与断裂位移；根据公式计算拉伸强度（σ_t = F_max / A，其中F_max为最大拉伸力，A为试样原始横截面积）和断裂伸长率（ε_t = (L_断裂 - L_初始)/L_初始 × 100%，其中L_初始为初始夹具间距，L_断裂为断裂时夹具间距）；每个老化时长组测试5个试样，取平均值作为最终结果，计算拉伸强度保留率与断裂伸长率保留率（保留率=老化后值/初始值×100%）。

2.  简支梁冲击性能测试

（1）测试准备：将老化后的简支梁冲击试样放置于冲击试验机的支座上，调整支座间距为62mm（根据无缺口试样标准）；选择合适的冲击能量（PP+T20试样选用2J，ABS+UV试样选用5J），调整摆锤至预备位置。

（2）测试过程：释放摆锤，冲击试样，记录冲击吸收能量；根据公式计算简支梁冲击强度（a_ku = W / (b×d)，其中W为冲击吸收能量，b为试样宽度，d为试样厚度）；每个老化时长组测试5个试样，取平均值作为最终结果，计算冲击强度保留率（保留率=老化后值/初始值×100%）。

（四）表面形貌观察与寿命推算

1.  表面形貌观察：选取各老化时长组的典型样品，通过体视显微镜观察样品表面的形貌变化，记录是否出现开裂、粉化、变色不均等缺陷，分析老化损伤程度。

2.  使用寿命推算：基于加速老化测试数据（黄变指数、拉伸强度保留率），采用Arrhenius加速老化模型结合紫外线辐照度修正系数，推算样品在实际使用环境中的耐紫外线老化使用寿命。实际使用环境参数参考我国南方地区户外自然紫外线辐照水平（年均辐照度0.15W/(m²·nm)），加速老化与自然老化的相关性系数K=加速老化辐照度/自然老化辐照度×温度加速系数，其中温度加速系数通过Arrhenius公式计算（Ea=80kJ/mol，R=8.314J/(mol·K)，T1=60℃，T2=25℃）。

七、测试结果与分析

（一）黄变程度测试结果与分析

1.  黄变指数变化数据：两种塑料件在不同紫外线老化时长下的黄变指数ΔYI测试结果如下表所示：

2.  黄变程度分析：测试结果表明，两种塑料件的黄变指数均随紫外线老化时长的增加而逐渐增大，黄变程度不断加剧，但增长速率存在明显差异。汽车内饰PP+T20塑料件在老化1000h后，黄变指数ΔYI=3.2，超出企业标准要求的≤3.0；户外家电ABS+UV塑料件在老化1000h后，黄变指数ΔYI=2.3，仍符合标准要求。这是因为ABS塑料中添加了0.5%的UV稳定剂，UV稳定剂能吸收紫外线能量并转化为热能释放，有效抑制材料分子链的光氧化断裂，从而减缓黄变进程；而PP材料本身耐紫外线老化性能较差，且未添加UV稳定剂，分子链易在紫外线照射下发生断裂，产生共轭双键等发色基团，导致黄变加剧。从增长速率来看，两种塑料件在老化前期（0~600h）黄变指数增长相对缓慢，后期（600~1000h）增长速率加快，说明材料的光氧化老化存在累积效应，后期损伤加剧。

（二）力学性能衰减测试结果与分析

1.  拉伸性能衰减数据：两种塑料件在不同紫外线老化时长下的拉伸强度保留率、断裂伸长率保留率测试结果如下表所示：

2.  冲击性能衰减数据：两种塑料件在不同紫外线老化时长下的简支梁冲击强度保留率测试结果如下表所示：

3.  力学性能衰减分析：测试结果表明，两种塑料件的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度均随紫外线老化时长的增加而逐渐衰减，保留率不断下降，且PP+T20塑料件的衰减速率明显快于ABS+UV塑料件。具体来看：

（1）拉伸性能：PP+T20塑料件在老化1000h后，拉伸强度保留率78%、断裂伸长率保留率68%，均低于企业标准要求（≥80%、≥70%）；ABS+UV塑料件在老化1000h后，拉伸强度保留率86%、断裂伸长率保留率80%，均符合标准要求。断裂伸长率的衰减速率大于拉伸强度，说明塑料材料在紫外线老化过程中先失去韧性，变得脆硬，这是因为材料分子链断裂后，交联度降低，大分子链的滑移能力下降，导致塑性变形能力减弱。

（2）冲击性能：PP+T20塑料件在老化1000h后，冲击强度保留率72%，低于企业标准要求的≥75%；ABS+UV塑料件在老化1000h后，冲击强度保留率83%，符合标准要求。冲击强度的衰减是由于材料表面和内部产生的微裂纹在冲击载荷作用下易扩展，导致冲击吸收能量下降，而UV稳定剂的添加能减少微裂纹的产生，从而减缓冲击强度的衰减。

（3）材质差异影响：ABS+UV塑料件的力学性能衰减速率慢于PP+T20塑料件，核心原因是UV稳定剂的防护作用及ABS材料本身的分子结构特性——ABS中的苯环结构对紫外线有一定的屏蔽作用，结合UV稳定剂的吸收作用，双重防护延缓了分子链的光氧化损伤；而PP材料分子链中存在大量的叔碳原子，易被紫外线激发产生自由基，引发链式氧化反应，导致分子链断裂，力学性能快速衰减。

（三）表面形貌观察结果与分析

体视显微镜观察显示：PP+T20塑料件在老化600h后，表面开始出现细微的粉化现象；老化800h后，粉化程度加剧，局部出现微小裂纹；老化1000h后，裂纹扩展明显，表面粉化严重，出现局部脱落现象。ABS+UV塑料件在老化800h后，表面仅出现轻微的光泽度下降，无明显粉化和裂纹；老化1000h后，表面出现极细微的粉化痕迹，无裂纹产生。表面形貌变化与黄变程度、力学性能衰减规律一致，进一步验证了紫外线照射对塑料件的损伤累积效应——PP+T20塑料件因无UV防护，表面损伤随老化时长快速加剧，而ABS+UV塑料件在UV稳定剂的保护下，表面损伤轻微，稳定性优良。

（四）使用寿命推算结果与分析

基于加速老化测试数据，结合Arrhenius模型与辐照度修正系数，推算两种塑料件在实际户外使用环境中的耐紫外线老化使用寿命（以黄变指数达到标准限值ΔYI=3.0、拉伸强度保留率达到80%为失效判据）：

1.  汽车内饰PP+T20塑料件：黄变失效对应的加速老化时长为937h，拉伸强度失效对应的加速老化时长为912h；综合失效判据，推算实际使用环境中的使用寿命约为3.2年，低于企业标准要求的≥5年。

2.  户外家电ABS+UV塑料件：黄变失效对应的加速老化时长为1565h，拉伸强度失效对应的加速老化时长为1820h；综合失效判据，推算实际使用环境中的使用寿命约为6.8年，高于企业标准要求的≥5年。

使用寿命推算结果表明，UV稳定剂的添加能显著提升塑料件的耐紫外线老化使用寿命，ABS+UV塑料件可满足户外5年以上的使用要求，而PP+T20塑料件因耐老化性能不足，无法满足长期户外使用需求，更适用于室内低紫外线照射环境。

八、测试结论

1.  两种塑料件耐紫外线老化性能差异显著：户外家电ABS+UV塑料件的耐紫外线老化性能优良，在1000h加速老化后，黄变指数ΔYI=2.3、拉伸强度保留率86%、断裂伸长率保留率80%、冲击强度保留率83%，均符合企业标准要求，推算实际使用环境使用寿命约6.8年，高于5年标准要求；汽车内饰PP+T20塑料件的耐紫外线老化性能较差，在1000h加速老化后，黄变指数ΔYI=3.2、拉伸强度保留率78%、断裂伸长率保留率68%、冲击强度保留率72%，均低于企业标准要求，推算实际使用环境使用寿命约3.2年，低于5年标准要求。

2.  紫外线老化对塑料件的影响具有累积性：两种塑料件的黄变程度随老化时长增加而加剧，力学性能随老化时长增加而衰减，且老化后期（600~1000h）的损伤速率快于前期，表明材料的光氧化老化存在明显的累积效应，后期损伤加剧。

3.  UV稳定剂能显著提升耐老化性能：ABS塑料中添加0.5%UV稳定剂后，通过吸收紫外线能量、抑制分子链光氧化断裂，有效减缓了黄变进程与力学性能衰减，使用寿命提升显著；而未添加UV稳定剂的PP材料，分子链易被紫外线激发产生自由基，引发链式氧化反应，耐老化性能较差。

4.  塑料件表面形貌随老化进程逐渐劣化：PP+T20塑料件老化后期出现明显粉化、裂纹及脱落现象；ABS+UV塑料件老化后期仅出现轻微粉化，无裂纹产生，表面形貌稳定性优良。

5.  材质适配性与应用场景密切相关：ABS+UV塑料件耐紫外线老化性能优良，适用于户外长期暴露环境；PP+T20塑料件耐紫外线老化性能不足，更适用于室内低紫外线照射环境，若需用于户外，需进行UV防护改性。