毫無疑問，我們都知道紫外線(UV)輻射對我們自己的主要影響-我們中有多少人在陽光下曬了一天后，鼻子變紅了？我們的皮膚并不是唯一受影響的有機結構；即使是聚合物也會在一定程度上受到陽光和紫外線輻射的影響。主要的問題是，這么多的參數影響曝光的水平，有幾種方式提供阻力的影響。

紫外輻射與電磁波譜

紫外光是電磁光譜的一部分。與可見光相比，它位于能量的高端，在能量中，X射線和伽瑪射線緊隨其后-見圖表。

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electromagnetic spectrum

如表1所述，紫外線輻射分為三種不同類型，以及它們的特征效應。

描述 波長范圍(Nm) 共同效應

UVA 320 – 400 皮膚鞣制

UVB 280 – 320 皮膚灼傷

UVC 100 – 280 殺菌

考慮紫外線對聚合物的影響的主要問題之一是與平流層臭氧、云層、高度、太陽高度(日時、日時)和反射有關的強度。這些影響的復雜性可以從全球范圍內的紫外線水平圖中看出，暗綠色是最高的：

同樣重要的是要記住，實際的環境溫度和濕度將加速任何強度水平的影響。紫外線對聚合物的主要影響

所有類型的紫外線都會在聚合物結構中產生光化學效應，這可能是一種好處，也可能導致某種材料的降解。請注意，與我們的皮膚相比，更高的能量UVC更有可能影響塑料。

退化。

主要的可見效應是白堊狀的外觀和在材料表面的顏色偏移，組件表面變得脆弱。我可以擔保這些效果，就像我的孩子們的紅色聚丙烯(PP)猴條一樣。在花園里待了幾年后，擠出的管子保持了完全的顏色，而注射成型的夾緊件變得白色和開裂。其他可能受太陽照射影響的部件包括體育場座椅、戶外家具、溫室薄膜、窗框和汽車零部件。

一些塑料暴露在比我們在地球上經歷的更嚴酷的輻射水平。哈勃太空望遠鏡(HST)和國際空間站(ISS)的組件需要能夠滿足外層空間需求的塑料。氟聚合物如FEP和Kapton等聚酰亞胺是成功用于HST和ISS的塑料。

上述影響主要發生在材料的表層，不太可能延伸到0.5mm以上的深度。然而，由某些商品塑料的高度脆性引起的應力集中很可能導致零件完全失效。福利。

我們中的許多人受益于UV輻射固化的保護性聚合物涂層，如聚氨酯-丙烯酸酯，在汽車外部部件上。對許多人來說，更多的局部好處是反頂凈化器和水冷卻器中的紫外線輻射，這通常是由良好的傳輸特性所輔助的。FEP(含氟乙烯丙烯)管以及它不退化的能力。熔融處理的FEP也被用作紫外線燈上的保護層，用于電子蒼蠅殺手，涂層提供優良的傳輸(0.25mm薄膜的損失僅為4%左右)。在塑料基板上，油墨的紫外光固化也有很多應用。不完全與塑料相關的是UVC輻射，可用于部件的滅菌。UV輻射與塑料的相互作用

塑料吸收的紫外線能激發光子，然后產生自由基。雖然許多純塑料不能吸收紫外線輻射，但催化劑殘留物和其他雜質的存在往往會起到受體的作用，導致降解。只有極少量的雜質才能發生降解，例如，聚碳酸酯中鈉含量每十億的微量就會引起顏色不穩定。在氧存在下，自由基形成氧氫過氧化物，從而破壞主鏈的雙鍵，形成脆性結構。這一過程通常稱為光氧化。然而，在沒有氧氣的情況下，由于交聯過程的影響，哈勃太空望遠鏡和國際空間站所使用的塑料仍然會發生降解。

未改性的耐紫外線塑料有POM(縮醛)、PC、ABS和PA6/6。其它塑料如PET、PP、HDPE、PA 12、PA 11、PA6、PES、PPO、PBT和PPO被認為是合理的。請注意，PC/ABS合金的評級也是公平的。宙斯擠出的聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、FEP和PEEKTM等聚合物可獲得良好的抗紫外線性能。在哈勃太空望遠鏡中使用的聚酰亞胺(PI)和聚醚酰亞胺(PEI)是唯一具有優異電阻的塑料。

聚四氟乙烯(PTFE)具有特別好的抗紫外線能力，因為它的碳氟鍵(C-F)比碳-氫(C-H)鍵高出近30%，碳-氫(C-H)鍵是圍繞螺旋中碳(C-C)骨架的共同側鍵，并對其進行保護。大多數氟聚合物的結構中也沒有光吸收色團雜質，可以作為光氧化的引發劑。

紫外線和塑料的一個有用的相互作用是與熒光增白劑(FWA)。在自然光下，許多聚合物產品會出現黃色的外觀。但加入FWA后，被吸收的UV光會在可見光的藍色區域(400~500 nm波長)發射，而不是在黃色區域。與其他添加劑相比，FWAs只需在較小的水平上添加，按重量計算一般為0.01%。

如何避免紫外線降解

通過使用穩定劑、吸收劑或阻滯劑，有幾種方法可以避免塑料中紫外線的降解。在許多戶外應用中，簡單地添加2%左右的炭黑將通過阻塞過程為結構提供保護。其他顏料，如二氧化鈦，也可能是有效的。有機化合物如二苯甲酮和苯并三氮唑是典型的吸收劑，它們選擇性地吸收紫外線，并以較小的有害波長(主要是熱)再發射。苯并三唑型好，顏色低，可在0.5%以下的低劑量率下使用。

另一個主要的保護機制是添加穩定劑，最常見的是HALS(受阻胺光穩定劑)。它們吸收激發基，阻止自由基的化學反應。

在實踐中，使用的各種類型的添加劑是組合或合成原來的聚合物作為一種特殊等級的紫外線防護。在一些塑料中添加抗氧化劑可能很有吸引力，以避免光氧化，但必須注意選擇的抗氧化劑不作為紫外線吸收劑，這實際上將加強降解過程。

部件測試

組件的風化通常與戶外產品相關，但室內條形熒光燈也可能產生紫外線輻射，在這種情況下，外殼應具有抗降解和抗不良著色的能力。加速老化是一種常用的技術，用于評估產品暴露在各種來源的人造光下的長期損害。這種暴露通常發生在高溫下，并且可以在高濕度的情況下循環進行。

有幾個標準規范照明的類型和水平，例如ASTM D 2565(用于戶外應用的塑料Xenon弧曝光標準實施規程)。其他產品有：ASTM D 4329(熒光燈)、ASTM D 4459(用于室內應用的2565)、SAE J 1960(帶有Xenon弧的汽車外殼)、ISO 4892-2(Xenon圓弧)和ISO 4892-3(熒光燈)。然而，在曝光期結束時，沒有一個標準對產品的性能提供所需的標準。

幾個主要用戶得出了自己的標準。一個例子是塑料管研究所對塑料管的風化(TR18/99號報告)，該報告警告說，美國不同地點的環境差異很大。另一種是塑料木材，在500小時的暴露后，外部皮膚的硬度不得改變超過10%。

在上面的列表中，有關于室內應用中暴露的標準。這與熒光燈外殼中使用的塑料非常相關，因為熒光燈外殼的光譜含有紫外線輻射。如果使用不穩定的聚合物，就會有明顯的變色效果。

摘要

如果一個產品要暴露在陽光直射，設計師或工程師必須制定適當的測試標準，并確保塑料有適當的配方，以保持預期的長期性能。包括添加劑的聚合物熔體過程可以提供保護，或如果體積足夠高，添加劑可以預合成樹脂。