GB/T 15255-2015《硫化橡膠人工氣候老化試驗(yàn)方法 碳弧燈》詳解
GB/T 15255-2015 是中國國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了硫化橡膠在碳弧燈人工氣候老化條件下的試驗(yàn)方法，用于評估材料在模擬自然氣候（如光照、濕熱、臭氧等）環(huán)境下的耐老化性能。該標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于輪胎、密封件、橡膠墊片、減震制品等硫化橡膠產(chǎn)品的質(zhì)量控制和壽命預(yù)測。
一、標(biāo)準(zhǔn)范圍與適用場景
1. 適用產(chǎn)品
硫化橡膠制品：輪胎、密封條、減震墊、橡膠軟管、電纜護(hù)套等。
應(yīng)用場景：戶外設(shè)施（如橋梁密封件）、工業(yè)設(shè)備（如汽車部件）、高濕高熱環(huán)境（如熱帶地區(qū)）等。
2. 排除范圍
非硫化橡膠（如熱塑性彈性體TPE）。
需外接電源的非自鎮(zhèn)流LED燈（與IEC 62506區(qū)分）。
二、測試原理與核心參數(shù)
1. 測試原理
通過碳弧燈模擬太陽光譜（含紫外線、可見光和紅外線），結(jié)合高溫（60~85°C）和高濕（85%~95% RH）環(huán)境，加速橡膠材料的光氧化、熱氧老化及臭氧腐蝕，評估其性能退化規(guī)律。
2. 核心參數(shù)
| 參數(shù) | 標(biāo)準(zhǔn)要求 | 控制要點(diǎn) |
|---|---|---|
| 碳弧燈類型 | 閉合式碳弧燈（光譜范圍280~400 nm） | 使用硼硅酸玻璃濾光片過濾短波紫外線 |
| 輻照強(qiáng)度 | 0.5~1.5 W/m2（340 nm波長） | 定期校準(zhǔn)光源穩(wěn)定性 |
| 溫度 | 60°C ± 2°C（常規(guī)老化） | 黑板溫度計(jì)實(shí)時監(jiān)測 |
| 濕度 | 85% ± 5% RH（濕熱循環(huán)） | 濕度傳感器閉環(huán)控制 |
| 暴露時間 | 100~5000小時（加速老化倍數(shù)10~100倍） | 根據(jù)產(chǎn)品預(yù)期壽命設(shè)定 |
三、測試流程與設(shè)備
1. 樣品制備
材料選擇：硫化橡膠制品（厚度≥2 mm，確保均勻老化）。
預(yù)處理：
表面清潔（無水乙醇擦拭，無塵干燥）。
模擬實(shí)際使用狀態(tài)（如拉伸應(yīng)變加載）。
2. 測試步驟
參數(shù)設(shè)置：
設(shè)定輻照強(qiáng)度、溫度、濕度循環(huán)（如60°C/85% RH → 25°C/50% RH）。
啟動碳弧燈箱，穩(wěn)定運(yùn)行30分鐘。
暴露測試：
將樣品置于燈箱中，持續(xù)輻照并循環(huán)溫濕度。
每隔24小時記錄外觀變化（如龜裂、變色）。
性能評估：
力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長率（GB/T 528）。
硬度變化：邵氏A型硬度計(jì)（GB/T 531）。
表面龜裂：顯微鏡觀察裂紋擴(kuò)展（ISO 4628）。
3. 關(guān)鍵設(shè)備
碳弧燈老化箱（如Q-Lab QUV/carbon arc）：配備濾光片、溫濕度傳感器。
萬能材料試驗(yàn)機(jī)（如Instron 5965）：測試力學(xué)性能。
色差儀（如X-Rite SP64）：量化顏色變化（ΔE值）。
四、判定標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果分析
1. 合格判定
| 指標(biāo) | 初始值 | 老化后允許值 |
|---|---|---|
| 拉伸強(qiáng)度 | 100% | ≥70%（衰減≤30%） |
| 扯斷伸長率 | 100% | ≥60%（衰減≤40%） |
| 硬度變化 | 0±5 | ΔH ≤10（邵氏A單位） |
| 表面龜裂 | 無 | 龜裂等級≤2級（ISO 4628） |
2. 失效模式與改進(jìn)
| 失效類型 | 原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 表面龜裂 | 紫外降解導(dǎo)致分子鏈斷裂 | 添加受阻胺光穩(wěn)定劑（HALS） |
| 拉伸強(qiáng)度下降 | 橡膠分子鏈氧化交聯(lián)過度 | 改用耐氧化填料（如炭黑/石墨烯） |
| 硬度異常升高 | 硫化程度過高或熱氧老化 | 優(yōu)化硫化體系（如過氧化物硫化） |
五、典型應(yīng)用案例
1. 汽車密封條老化測試
標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 15255-2015（碳弧燈，5000小時）。
結(jié)果：EPDM密封條表面無裂紋，拉伸強(qiáng)度保持率85%，通過主機(jī)廠認(rèn)證。
2. 工業(yè)減震墊壽命驗(yàn)證
標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 15255-2015 + GB/T 1689（壓縮永久變形）。
結(jié)果：5000小時后，壓縮永久變形≤15%，判定合格。
六、與其他標(biāo)準(zhǔn)的對比
| 標(biāo)準(zhǔn) | 加速方法 | 適用場景 |
|---|---|---|
| GB/T 15255-2015 | 高溫高濕+碳弧燈 | 國內(nèi)硫化橡膠制品 |
| ASTM D1149 | 臭氧老化+濕熱循環(huán) | 汽車密封件、電纜護(hù)套 |
| ISO 10960 | 碳弧燈+鹽霧交替 | 國際通用（出口產(chǎn)品） |
七、總結(jié)與建議
試驗(yàn)設(shè)計(jì)：
根據(jù)產(chǎn)品使用環(huán)境選擇加速因子（如戶外部件需更高輻照強(qiáng)度）。
結(jié)合中間檢測（如每500小時測試力學(xué)性能）優(yōu)化測試周期。
結(jié)果應(yīng)用：
通過老化試驗(yàn)反推實(shí)際壽命，標(biāo)注于產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)。
對失效樣品進(jìn)行SEM/EDS分析，定位材料缺陷。
認(rèn)證合規(guī)：
國內(nèi)主機(jī)廠通常要求按GB/T 15255測試并提供報(bào)告。
出口產(chǎn)品需額外符合ISO 10960或ASTM D1149。
通過嚴(yán)格遵循GB/T 15255-2015，可科學(xué)評估硫化橡膠在復(fù)雜氣候環(huán)境中的耐久性，為產(chǎn)品優(yōu)化和全生命周期管理提供可靠依據(jù)。