GB/T 15255-2015《硫化橡胶人工气候老化试验方法 碳弧灯》详解
GB/T 15255-2015 是中国国家标准，规定了硫化橡胶在碳弧灯人工气候老化条件下的试验方法，用于评估材料在模拟自然气候（如光照、湿热、臭氧等）环境下的耐老化性能。该标准广泛应用于轮胎、密封件、橡胶垫片、减震制品等硫化橡胶产品的质量控制和寿命预测。
一、标准范围与适用场景
1. 适用产品
硫化橡胶制品：轮胎、密封条、减震垫、橡胶软管、电缆护套等。
应用场景：户外设施（如桥梁密封件）、工业设备（如汽车部件）、高湿高热环境（如热带地区）等。
2. 排除范围
非硫化橡胶（如热塑性弹性体TPE）。
需外接电源的非自镇流LED灯（与IEC 62506区分）。
二、测试原理与核心参数
1. 测试原理
通过碳弧灯模拟太阳光谱（含紫外线、可见光和红外线），结合高温（60~85°C）和高湿（85%~95% RH）环境，加速橡胶材料的光氧化、热氧老化及臭氧腐蚀，评估其性能退化规律。
2. 核心参数
| 参数 | 标准要求 | 控制要点 |
|---|---|---|
| 碳弧灯类型 | 闭合式碳弧灯（光谱范围280~400 nm） | 使用硼硅酸玻璃滤光片过滤短波紫外线 |
| 辐照强度 | 0.5~1.5 W/m2（340 nm波长） | 定期校准光源稳定性 |
| 温度 | 60°C ± 2°C（常规老化） | 黑板温度计实时监测 |
| 湿度 | 85% ± 5% RH（湿热循环） | 湿度传感器闭环控制 |
| 暴露时间 | 100~5000小时（加速老化倍数10~100倍） | 根据产品预期寿命设定 |
三、测试流程与设备
1. 样品制备
材料选择：硫化橡胶制品（厚度≥2 mm，确保均匀老化）。
预处理：
表面清洁（无水乙醇擦拭，无尘干燥）。
模拟实际使用状态（如拉伸应变加载）。
2. 测试步骤
参数设置：
设定辐照强度、温度、湿度循环（如60°C/85% RH → 25°C/50% RH）。
启动碳弧灯箱，稳定运行30分钟。
暴露测试：
将样品置于灯箱中，持续辐照并循环温湿度。
每隔24小时记录外观变化（如龟裂、变色）。
性能评估：
力学性能：拉伸强度、扯断伸长率（GB/T 528）。
硬度变化：邵氏A型硬度计（GB/T 531）。
表面龟裂：显微镜观察裂纹扩展（ISO 4628）。
3. 关键设备
碳弧灯老化箱（如Q-Lab QUV/carbon arc）：配备滤光片、温湿度传感器。
万能材料试验机（如Instron 5965）：测试力学性能。
色差仪（如X-Rite SP64）：量化颜色变化（ΔE值）。
四、判定标准与结果分析
1. 合格判定
| 指标 | 初始值 | 老化后允许值 |
|---|---|---|
| 拉伸强度 | 100% | ≥70%（衰减≤30%） |
| 扯断伸长率 | 100% | ≥60%（衰减≤40%） |
| 硬度变化 | 0±5 | ΔH ≤10（邵氏A单位） |
| 表面龟裂 | 无 | 龟裂等级≤2级（ISO 4628） |
2. 失效模式与改进
| 失效类型 | 原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 表面龟裂 | 紫外降解导致分子链断裂 | 添加受阻胺光稳定剂（HALS） |
| 拉伸强度下降 | 橡胶分子链氧化交联过度 | 改用耐氧化填料（如炭黑/石墨烯） |
| 硬度异常升高 | 硫化程度过高或热氧老化 | 优化硫化体系（如过氧化物硫化） |
五、典型应用案例
1. 汽车密封条老化测试
标准：GB/T 15255-2015（碳弧灯，5000小时）。
结果：EPDM密封条表面无裂纹，拉伸强度保持率85%，通过主机厂认证。
2. 工业减震垫寿命验证
标准：GB/T 15255-2015 + GB/T 1689（压缩永久变形）。
结果：5000小时后，压缩永久变形≤15%，判定合格。
六、与其他标准的对比
| 标准 | 加速方法 | 适用场景 |
|---|---|---|
| GB/T 15255-2015 | 高温高湿+碳弧灯 | 国内硫化橡胶制品 |
| ASTM D1149 | 臭氧老化+湿热循环 | 汽车密封件、电缆护套 |
| ISO 10960 | 碳弧灯+盐雾交替 | 国际通用（出口产品） |
七、总结与建议
试验设计：
根据产品使用环境选择加速因子（如户外部件需更高辐照强度）。
结合中间检测（如每500小时测试力学性能）优化测试周期。
结果应用：
通过老化试验反推实际寿命，标注于产品技术参数。
对失效样品进行SEM/EDS分析，定位材料缺陷。
认证合规：
国内主机厂通常要求按GB/T 15255测试并提供报告。
出口产品需额外符合ISO 10960或ASTM D1149。
通过严格遵循GB/T 15255-2015，可科学评估硫化橡胶在复杂气候环境中的耐久性，为产品优化和全生命周期管理提供可靠依据。