GB/T 15255-2015《硫化橡膠人工氣候老化試驗方法 碳弧燈》詳解
GB/T 15255-2015 是中國國家標準，規定了硫化橡膠在碳弧燈人工氣候老化條件下的試驗方法，用于評估材料在模擬自然氣候（如光照、濕熱、臭氧等）環境下的耐老化性能。該標準廣泛應用于輪胎、密封件、橡膠墊片、減震制品等硫化橡膠產品的質量控制和壽命預測。
一、標準范圍與適用場景
1. 適用產品
硫化橡膠制品：輪胎、密封條、減震墊、橡膠軟管、電纜護套等。
應用場景：戶外設施（如橋梁密封件）、工業設備（如汽車部件）、高濕高熱環境（如熱帶地區）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流LED燈（與IEC 62506區分）。
二、測試原理與核心參數
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），結合高溫（60~85°C）和高濕（85%~95% RH）環境，加速橡膠材料的光氧化、熱氧老化及臭氧腐蝕，評估其性能退化規律。
2. 核心參數
| 參數 | 標準要求 | 控制要點 |
|---|---|---|
| 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 |
| 輻照強度 | 0.5~1.5 W/m2（340 nm波長） | 定期校準光源穩定性 |
| 溫度 | 60°C ± 2°C（常規老化） | 黑板溫度計實時監測 |
| 濕度 | 85% ± 5% RH（濕熱循環） | 濕度傳感器閉環控制 |
| 暴露時間 | 100~5000小時（加速老化倍數10~100倍） | 根據產品預期壽命設定 |
三、測試流程與設備
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）。
預處理：
表面清潔（無水乙醇擦拭，無塵干燥）。
模擬實際使用狀態（如拉伸應變加載）。
2. 測試步驟
參數設置：
設定輻照強度、溫度、濕度循環（如60°C/85% RH → 25°C/50% RH）。
啟動碳弧燈箱，穩定運行30分鐘。
暴露測試：
將樣品置于燈箱中，持續輻照并循環溫濕度。
每隔24小時記錄外觀變化（如龜裂、變色）。
性能評估：
力學性能：拉伸強度、扯斷伸長率（GB/T 528）。
硬度變化：邵氏A型硬度計（GB/T 531）。
表面龜裂：顯微鏡觀察裂紋擴展（ISO 4628）。
3. 關鍵設備
碳弧燈老化箱（如Q-Lab QUV/carbon arc）：配備濾光片、溫濕度傳感器。
萬能材料試驗機（如Instron 5965）：測試力學性能。
色差儀（如X-Rite SP64）：量化顏色變化（ΔE值）。
四、判定標準與結果分析
1. 合格判定
| 指標 | 初始值 | 老化后允許值 |
|---|---|---|
| 拉伸強度 | 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
| 失效類型 | 原因 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 表面龜裂 | 紫外降解導致分子鏈斷裂 | 添加受阻胺光穩定劑（HALS） |
| 拉伸強度下降 | 橡膠分子鏈氧化交聯過度 | 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 | 優化硫化體系（如過氧化物硫化） |
五、典型應用案例
1. 汽車密封條老化測試
標準：GB/T 15255-2015（碳弧燈，5000小時）。
結果：EPDM密封條表面無裂紋，拉伸強度保持率85%，通過主機廠認證。
2. 工業減震墊壽命驗證
標準：GB/T 15255-2015 + GB/T 1689（壓縮永久變形）。
結果：5000小時后，壓縮永久變形≤15%，判定合格。
六、與其他標準的對比
| 標準 | 加速方法 | 適用場景 |
|---|---|---|
| GB/T 15255-2015 | 高溫高濕+碳弧燈 | 國內硫化橡膠制品 |
| ASTM D1149 | 臭氧老化+濕熱循環 | 汽車密封件、電纜護套 |
| ISO 10960 | 碳弧燈+鹽霧交替 | 國際通用（出口產品） |
七、總結與建議
試驗設計：
根據產品使用環境選擇加速因子（如戶外部件需更高輻照強度）。
結合中間檢測（如每500小時測試力學性能）優化測試周期。
結果應用：
通過老化試驗反推實際壽命，標注于產品技術參數。
對失效樣品進行SEM/EDS分析，定位材料缺陷。
認證合規：
國內主機廠通常要求按GB/T 15255測試并提供報告。
出口產品需額外符合ISO 10960或ASTM D1149。
通過嚴格遵循GB/T 15255-2015，可科學評估硫化橡膠在復雜氣候環境中的耐久性，為產品優化和全生命周期管理提供可靠依據。