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あいち産業科学技術総合センター

研究報告 2016

研究論文

暴露試験における各種人工光源と太陽光の相関研究
深 谷 憲 男 ＊ 1、 丹 羽 昭 夫 ＊ 2、 松 本

望 ＊ 1、 浅 野 春 香 ＊ 3

Correlative Study of Various Artificial Light Sourcesand Light of the Sun in the Exposure Test
Norio FUKAYA *1 , Akio NIWA *2 , Nozomi MATSUMOTO *1 and Haruka ASANO *3
Owari Textile Research Center *1* 2 Mikawa Textile Research Center * 3
日 常 的 に 使 わ れ て い る 低 密 度 ポ リ エ チ レ ン （ LDPE） フ ィ ル ム を 用 い て 、 実 暴 露 試 験 （ 屋 外 暴 露 及 び 屋内暴露試験）と促進暴露試験を行った。強度試験結果と暴露試験期間の相関式を導出し、その相関式の傾きから促進暴露試験の促進係数を算出した。この結果から、劣化の傾向を把握する場合は、実際の環境下の暴露試験と促進暴露試験の各々の測定が必要と思われ た。

１．はじめに試料は、日常的に多く使われている汎用性のある低密高分子材料であるプラスチックや繊維製品は、軽く、度ポリエチレン（LDPE）フィルム（厚さ 0.1mm）を選加工をしやすいことから日常的に使用されている。一方、定した。

高分子材料は実際の使用環境下において劣化が起こりや2.2 実暴露試験

すい材料である。劣化の原因は、太陽光、気温変化、風屋外暴露試験及び屋内暴露試験を尾張繊維技術センター（北緯 35 度、東経 136 度）で行った。設置方法は、雨など多様である。
そのため、品質保証と耐久性の確保が重要となる。このような高分子材料の耐久性を評価する方法の一つに耐以下のとおりとした。
・屋外暴露試験

候性試験が行われている。耐候性試験には、実際に製品尾張繊維技術センター屋上にて実施し、試料の向きはを設置して確認する実暴露試験（屋外暴露及び屋内暴露南面とし、水平に対する設置角度を 45 度とした。設置試験）と試験機（人工光源）を用いた促進暴露試験方法

状況を図１に示す。平成２７年１月２８日から試験を開がある。実暴露試験は、実際の環境下にさらすため結果始し、試料は、３ヶ月、６ヶ月、９ヶ月、１２ヶ月後にが出るのに長期間を必要とする。

取り出した。なお、試料裏面にアルミ板を取り付けた。

一方、促進暴露試験においては、大気環境中の特定因子の負荷を増大させた促進劣化が行われる。主に光源、降雨、温湿度といった因子を人工的に制御しながら試験を行う。
しかしながら、実際に使用される環境下での劣化との相関性が明確になっていないため、当センターにプラスチック製品等の耐候性に関する技術相談が多く寄せられている。そこで、これらの要望に対応するため、当センターでも独自のデータを収集及び提供することを目的として、実暴露試験及び促進暴露試験を実施し、強度試験を行い両者の相関性の検討し、促進係数の算出を行った。

図１

屋外暴露試験

加えて、劣化予測を目的としてこのカルボニル基の生成量と強度劣化との相関性について検討を行った。

・屋内暴露試験尾張繊維技術センター４階南面にて実施し、試料は、２．実験方法

ガラス窓に貼付し、水平に対する設置角度を９０度とし2.1 試料た。設置状況を図２に示す。平成２６年４月２８日から

1 尾張繊維技術センター 機能加工室
2 尾張繊維技術センター術室） ＊3 三河繊維技術センター 産業資材開発室＊＊

機能加工室（現食品工業技術センター

保蔵包装技

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200、400、600、800、1000 時間

試験を開始し、試料は３ヶ月、６ヶ月、９ヶ月、１２ヶ

暴露時間

月、１５ヶ月、１８ヶ月、２１ヶ月後に取り出した。

なお、試料裏面にアルミ板を取り付けた。
・紫外線カーボンアーク灯式促進暴露試験
使用機器

U48AUHB（スガ試験機㈱製）

BPT

63±3 ℃

湿50±5％RH度

放射照度366±2W/m2（300nm～400nm）

フィルタ

JISB7751

水噴霧なし

暴露時間

200、400、600 時間

ガラスグローブ

なお、試料裏面に白色の厚紙を取り付けた。
図２

屋内暴露試験

2.3 促進暴露試験

2.4 強度試験
強度試験により、最大応力保持率及び最大応力点ひず

人工光源及び試験条件は以下のとおりとした。
・キセノンアークランプ式促進暴露試験

み保持率、降伏応力保持率、降伏ひずみ保持率の評価を行った。試験条件は以下のとおりとした。

使用機器

SX75AP（スガ試験機㈱製）

使用機器

BPT

63±3 ℃

試料湿

50±5％RH

温湿度

20℃、65%RH

つかみ間隔

50mm

引張速度

50mm/min度

屋外想定条件180±2W/m2（300nm～400nm）

放射照度

フィルタ（内/外） 石英/＃295
水噴霧

120 分間中 18 分間噴霧

暴露時間

200、400、600、800、1000 時間
162±2W/m2（300nm～400nm）

フィルタ（内/外） 石英/＃320
なし

暴露時間

200、400、600、800、1000 時間

なお、試料裏面にステンレス板を取り付けた。
・メタルハライドランプ式促進暴露試験
使用機器

MV3000（スガ試験機㈱製）BPT

63±3 ℃

湿50±5％RH度

暴露時間

フーリエ変換赤外分光光度計（㈱島津製作所製
FTIR-8300）を用いて赤外吸収スペクトルを 2200cm-1
ボニル基及び 2020cm-1 付近のメチレン基の吸光度を求め、次式によってカルボニルインデックスを算出した。
CI：カルボニルインデックス
A1715=1715cm-1 付近の吸光度
A2020=2020cm-1 付近の吸光度

３．実験結果及び考察
3.1 促進暴露試験と屋外暴露試験比較

530±2W/m2（300nm～400nm）

フィルタ（内/外） 石英/＃255
水噴霧

2.5 カルボニルインデックス（Carbonyl Index：CI）

CI=A1715／A2020

水噴霧

放射照度

短冊状（110mm×10mm×0.1 mm）

から 1600cm-1 の範囲で測定した。1715cm-1 付近のカル

屋内想定条件放射照度AG-10kNIS（㈱島津製作所製）

促進暴露試験において、キセノンアークランプ式は1000 時間まで実施したが、1000 時間後の試料では、亀屋外想定条件

120 分間中 18 分間噴霧裂が激しく強度試験を行うことが出来なかった。メタル

屋内想定条件

水噴霧なし

ハライドランプ式は 60 時間実施した。屋外暴露試験は20、40、60 時間

１２ヶ月間実施した。

なお、試料裏面にステンレス板を取り付けた。

暴露試験における最大応力保持率推移結果を図３に・サンシャインカーボンアーク灯式促進暴露試験示す。屋外暴露試験では、最大応力保持率は６ヶ月で約使用機器

WEL‐SUN‐HCH・B（スガ試験機㈱製）40%まで低下していた。それ以降は、あまり変化しなか

BPT

63±3 ℃った。一方、ひずみはその間も徐々に低下した（図４）。

湿50±5％RH度

降伏応力保持率については、各試験とも大きな変化は放射照度78.5±2W/m2（300nm～400nm）

みられなかった。降伏ひずみ保持率は、各試験とも最大フィルタ

JISB7753

応力点ひずみ保持率と同様の傾向となった。さらに、強水噴霧なし

A タイプ

度試験結果と暴露試験期間の相関式を導出し、その相関132

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研究報告 2016

式の傾きから促進暴露試験の劣化の促進倍率を表す促進ンアーク灯式は 600 時間、屋内暴露試験は２１ヶ月間実係数を算出した（表１）。

施した。サンシャインカーボンアーク灯式は 1000 時間

なお、屋外暴露試験での寄与率が、最大応力保持率は0.8538、最大応力点ひずみ保持率は 0.9215、降伏応力保まで実施したが、1000 時間後の試料では、亀裂が激しく強度試験を行うことが出来なかった。

持率は 0.02370、降伏ひずみ保持率は 0.9509 であった。

暴露試験における最大応力保持率推移の結果を図５

降伏応力保持率は、寄与率が低かったため、促進係数のに示す。最大応力保持率において、各試験とも約 40%ま算出から除外した。他の保持率は、寄与率 0.7 を超えてで低下すると値が一定となる傾向がみられた。サンシャ

おり高い相関性が確認された。

インカーボンアーク灯式については 800 時間後には、劣化が激しくさらに低下していた。一方、屋内暴露試験を除き、ひずみ保持率は、停滞せずに徐々に減少していく傾向となった（図６）。
屋外暴露試験と同様に強度試験結果と暴露試験期間の相関式を導出し、その相関式の傾きから促進暴露試験の促進係数を算出した（表２）。なお、屋内暴露試験において寄与率が、最大応力保持率は 0.9545、最大応力点ひずみ保持率は 0.9380、降伏応力保持率は 0.5632、降伏ひずみ保持率は 0.8882 となった。降伏応力保持率は、寄与率が 0.7 未満だったため、促進係数の算出から除外した。他の保持率は、高い相関性が確認された。

図３

暴露試験における最大応力保持率
表２

図４
表１

暴露試験における最大応力点ひずみ保持率
屋外暴露試験と促進暴露試験との促進係数

試験種類

項目

促進係数

キセノンアー

最大応力保持率5.3

クランプ式と最大応力点ひずみ保持率

7.0

屋外暴露

降伏ひずみ保持率7.1

メタルハライ

最大応力保持率56

ドランプ式と最大応力点ひずみ保持率

32

屋外暴露

降伏ひずみ保持率48

屋内暴露試験と促進暴露試験との促進係数

試験種類

項目

促進係数

キセノンアー

最大応力保持率13

クランプ式と最大応力点ひずみ保持率

39

屋内暴露

降伏ひずみ保持率33

メタルハライ

最大応力保持率230

ドランプ式と最大応力点ひずみ保持率

280

屋内暴露

降伏ひずみ保持率200

サンシャインカ

最大応力保持率23

ーボンアーク灯

最大応力点ひずみ保持率

70

式と屋内暴露降伏ひずみ保持率44

紫外線カーボ

最大応力保持率25

ンアーク灯式

最大応力点ひずみ保持率

44と屋内暴露

降伏ひずみ保持率25

3.2 促進暴露試験と屋内暴露試験比較
促進暴露試験において、キセノンアークランプ式は1000 時間、メタルハライドランプ式は 60 時間、サンシャインカーボンアーク灯式は 1000 時間、紫外線カーボ

図５

暴露試験における最大応力保持率

133

図６

図８

屋内暴露試験における CI とひずみ保持率

図９

メタルハライドランプ式の屋外想定条件

暴露試験における最大応力点ひずみ保持率

3.3 カルボニルインデックス
カルボニル基の生成量と強度試験との相関性について検討を行った。応力保持率では、ある程度劣化すると一定の値を示すため、ひずみ保持率で相関性を検討することが適切と考えた。促進暴露試験では、促進係数が大きいメタルハライドランプ式の暴露試験について検討を行った。屋外及び屋内暴露試験メタルハライドランプ式の暴露試験における CI とひずみ保持率との相関関係について図７～図１０に示す。屋外暴露の寄与率は、最大応力点 0.9350、降伏点 0.9442、屋内暴露の寄与率は、最の暴露試験における CI とひずみ保持率

大応力点 0.7896、降伏点 0.8982、メタルハライドラン
プ式の屋外想定条件の寄与率は、最大応力点 0.9901、降伏点 0.9785、メタルハライドランプ式の屋内想定条件の寄与率は、最大応力点 0.9845、降伏点 0.9707 と高い相関性が確認された。
屋内暴露試験より屋外暴露試験の方が同じ CI の値でも、ひずみ保持率の低下が大きい傾向となった。一方、メタルハライドランプ式においては、屋外想定条件よりも屋内想定条件の方が、劣化が進む傾向となった。この原因は、短時間で強い光のエネルギーを与える場合では、水の噴霧が試料を冷却してしまい劣化が抑制されたので

図１０

メタルハライドランプ式の屋内想定条件の暴露試験における CI とひずみ保持率はないかと思われる。また、メタルハライドランプ式の促進暴露試験の CI の値が実暴露試験の結果と比べて低４．結びい値の段階でもひずみ保持率が低下していたため、CI日常的に使われている低密度ポリエチレンフィルムをの値では絶対評価は難しいことがわかった。

用いて、実暴露試験（屋外暴露及び屋内暴露試験）と促進暴露試験を行った。各暴露試験後の試料の強度試験結果と暴露試験期間の相関式を導出し、その相関式の傾きから促進暴露試験の促進係数を算出した。
応力保持率では、ある程度劣化すると一定の値を示すため、ひずみ保持率と CI の値との相関性を検討したところ、高い相関性が確認された。しかしながら、促進暴
露試験の CI の値が実暴露試験の結果と比べて低い値の段階でもひずみ保持率が低下していたため、CI の値では絶対評価が難しいことが判明した。劣化予測をする場合

図７

屋外暴露試験における CI とひずみ保持率

は、実暴露試験と促進暴露試験が必要と思われる。