光照加速老化试验箱

2 人工加速老化光源的选择 实验室光源曝露试验因为可以在一个试验箱中同时模拟大气可见环境中的光、氧、热和降雨等因素，是目前较为常用的一种人工加速老化试验方法，在这些模拟因素中，又以光源最为重要。经验表明，阳光中引起高分子材料破环的波长主要集中在紫外线及部分可见光。目前使用的人工光源都力图使在此波长区间内的能谱分布曲线与太阳光谱接近，模拟性和加速倍率是选择人工光源的主要依据。经历了约一个世纪的发展，实验室光源已有封闭式碳弧灯、阳光型碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯、高压汞灯等各种光源供选择。国际标准化组织(ISO）中与高分子材料相关的各技术委员会主要推荐使用阳光型碳弧灯、荧光紫外灯、氙弧灯三种光源。2.1氙弧灯 目前认为，已知的人工光源中氙弧灯的光谱能量分布与阳光中紫外、可见光部分最相似。通过选择合适的滤光片，可以滤去大部分到达地面阳光中存在的短波辐射。氙灯在1000nm~1200nm近红外区存在很强的辐射峰，会产生大量的热。因此，须选择合适的冷却装置带走这部分能量。目前，市面上氙灯老化试验装置有两种冷却方式：水冷式和风冷式。一般来说，水冷式氙灯装置冷却效果要优于风冷式，同时结构也较为复杂，价格也比较昂贵。由于氙灯紫外线部分能量较另两种光源增加较少，在加速倍率方面是最低的。2.2荧光紫外灯 从理论上说，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加这部分能量，就能达到快速试验的效果。荧光紫外灯的光谱分布主要集中在紫外光部分，因此，可以达到较高的加速倍率。然而，荧光紫外灯不仅使自然日光中的紫外线能量增加，同时还有在地球表面测量时自然日光中没有的辐射能量，而这部分能量会引起非自然的破坏。另外荧光光源除了很窄的水银光谱线外，没有高于375nm的能量，这样对较长波长的UV能量敏感的材料就可能不会出现曝晒在自然日光下那样变化。由于这些固有缺陷会导致得出不可靠的结果。因此，荧光紫外灯的模拟性较差。但是，由于它的加速倍率高，通过选择合适型号的灯管可实现对特定材料的快速筛选。 2.3阳光型碳弧灯 阳光型碳弧灯目前在我国应用得较少，但它在日本是广泛使用的光源，大部分JIS标准都采用阳光型碳弧灯。我国许多与日本合资的汽车企业仍推荐使用这种光源。阳光型碳弧灯光谱能量分布也较接近于太阳光，但在370nm－390nm紫外线集中加强，模拟性不及氙灯，加速倍率介于氙灯及紫外灯之间3 试验时间的确定 3.1参照相关产品标准规定 相关产品标准里已经对老化试验的时间作出了规定，我们只需查找到相关标准，按里面规定的时间执行就行了。许多国家标准、行业标准中都对此作出了规定。表1列举了一些常用产品标准中对老化时间的规定。3.2根据已知的相关性推算 研究表明：通过颜色和变黄指数变化来评价ABS的颜色稳定性，人工加速老化与自然大气暴露有较好的相关性，加速倍率约为7。如果想了解某一ABS材料户外使用一年后的颜色变化，采用相同的试验条件，可以参考该加速倍率，确定加速老化时间365x24/7=1251h。 长期以来，国内外就相关性间题展开了大量的研究，得出了许许多多的换算关系式。然而，由于高分子材料的多样性，加速老化试验设备及方法的不同，不同时间、地区气候的差异性导致了换算关系的复杂化。因此，在选择换算关系时，一定要注意得出该相关性的具体材料、老化设备、试验条件、性能评价指标等因素。3.3控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当对于某些既无相应标准规定，又无处参考相关性的产品，可以考虑其实际使用环境的辐射强度，控制人工加速老化辐射总量与自然暴露辐射总量相当。表2列出了我国不同地区太阳辐射强度[2]。下面举例说明如何控制人工加速老化总辐射量:某一塑料制品使用于北京地区，期望控制人工加速老化总辐射量与户外暴露一年相当。第一步：由于该产品为塑料制品，且使用于户外，选择采用GB/T16422.2-1996《塑料实验室光源曝露试验方法第二部分：氙弧灯》中A法。试验条件为：辐照强度0.50W/ m2（340nm)，黑板温度65℃，箱体温度40℃，相对湿度50％，喷水时间／不喷水时间18min/102min，连续光照；第二步：从表2可知北京地区一年辐射总量、为5609MJ/ m2，依据对比人工光源与自然阳光辐射光谱分布的国际准则CIE No 85 -1989（见表3，GB/T16422.1-1996《塑料实验室光源曝露试验方法第一部分：氙弧灯》中引用）；其中紫外区与可见区部分（300nm－800nm）占62.2%，即3489MJ/m2。第三步：依据GB/T 16422.2-1996，340nm辐照强度为0.50 W/ m2时，红外区与可见区部分 （300nm～800nm）辐照强度为550 W/m2；可计算出辐照时间为3489 X 106/550=6.344 X 106s，即1762h。依此计算方法，加速倍率约为5。由于自然老化并不是简单的辐照强度的叠加，只有在确定阳光是引起材料破环的主要因素且不能用其他方法确定试验时间时，才可以使用此计算方法模拟。4 性能评价指标的选择 选择性能评价指标主要从材料的用途及材料本身特性两方面来考虑。4.1根据材料用途确定评价指标 对于同样的材料，由于其用途不同，可能选择的评价指标也不同。例如，同样是涂料，如果是用于装饰，就必须重点考虑其外观的变化。在GB/T 1766-1995《色漆和清漆涂层老化的评级》中，详细规定了光泽度、颜色变化、粉化、泛金等各种外观变化的评级方法。 而对于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的颜色、外观变化是可以接受的，这时，选择评价指标时，主要考虑其耐开裂性、粉化程度等方面。同样是聚氯乙烯(PVC)，如果用于制作鞋面，就必须考虑其耐黄变性，而如果是用于雨落水管，对于外观变化要求就不高，而材料的物理机械性能变化，如拉伸强度变化是主要考核指标。4.2根据材料本身特性确定评价指标 就同一材料来说，在老化过程中不同性能的下降是不等速的。换句话说，某些性能对环境敏感，下降得最快，则是引起材料破坏的主要因素、在选择评价指标时，应该选择这些敏感性能。研究表明：对于大部分工程塑料来说，冲击强度是自然老化试验检测中变化最大、下降最明显的。因此，在进行工程塑料的老化测试时，应优先考虑选择冲击强度下降作为评价指标。冲击强度对聚丙烯的老化同样相当敏感[4]，是考核老化性能的主要指标。对于聚乙烯材料来说，断裂伸长率的下降最为明显，是优先考虑的评价指标。对于聚氯乙烯，拉伸强度和冲击强度都下降得比较快，应根据实际情况，选择其中一种来评价。在国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，选择老化后冲击强度保留率≥60％作为合格判定指标；在轻工行业标准QB/T2480 - 2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC -U)雨落水管材及管件中，选择老化后拉伸强度保留率≥80％作为合格判定指标。5 结束语 人工加速老化试验因快速评价材料耐候性的需求而得到快速发展，作为自然老化的重要补充，广泛运用于高分子材料的研究、开发、检测中。而试验条件的选择、光源的选择、试验时间的确定、性能评价指标的选择是人工加速老化试验中经常遇到的问题。本文对以上几方面进行了探讨，提出了一些解决问题的思路

紫外老化试验箱的构造功用塑料涂料等材料老化的首要要素是气候和阳光辐射，对于许多出产制造商，产品的耐老化功用和耐光性是非常重要的，这两个要素直接抉择了厂家的产品运用寿数，所以查验产品老化功用的方法和设备就被广泛开发运用，其间衍生的两种试验方法：天然曝露查验和人工加速老化试验，由于天然曝露查验的局限性，如今运用最广泛的方法即是人工加速老化试验，进而研制的试验设备即是紫外老化试验箱和氙灯老化试验箱。紫外老化试验箱用来查验许多产品，这些产品对紫外线的长波段、可见光及红外线更为活络。通过设备的有关控制器来仿照光照、高温文湿润进行老化试验。可是紫外老化试验箱不能仿照全光谱太阳光。它的原理是，对于曝露在室外的经久耐用的材料，紫外线的短波段300~400 nm是致使老化损害的最首要要素，在紫外线的短波区域，即从365 nm到太阳光的最低波段，紫外老化试验箱能极好地仿照太阳光，可是，对于长一点的波长它将无能为力。北京恒泰丰科试验设备有限公司出产的紫外老化试验箱选用两种灯管进行试验，UVA-340和UVB类型灯管，UVA-340灯管对太阳光的紫外短波段仿照作用好，其光谱能量散布（SPD）在太阳光的截止点到大约360 nm范围内与太阳光谱吻合得非常好。UV-B型灯管在紫外老化试验箱中也被广泛运用。它们比UV-A型灯管致使更快的材料老化，但它比太阳光截止点更短的波长量或许会对许多材料发作不切实际的作用。所以我们通常主张客户选用UVA-340紫外线灯管（进口国产可供客户选择）进行老化试验。试验的方法依赖于试验需要，北京恒泰丰科提示客户选择设备时应当依据被测产品或材料、究竟的运用条件和预算来选择适宜的试验设备。附：紫外灯和荧光灯的区别紫外灯是运用低气压的汞蒸气发作254nm和185nm紫外线，可是外壳用的石英玻璃，并且玻壳上没有荧光粉，比方紫外灭菌灯管即是运用的紫外线直接灭菌，所以，它宣告的光线为紫外光，灭菌即是用254nm、185nm波长紫外线。还有即是我们的UVA-340灯管用于紫外老化试验箱试验的，即是选用的340nm波长紫外线作为加速老化的光源。它们发的光正本应当是看不见的紫外线，可是由于防护的要素，有些运用紫外线的作业仍是做成发蓝紫色光的产品，用于起警示和防护的作用。荧光灯即低压汞灯，如日光灯、节能灯等，它是运用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，低压汞蒸气首要发作254nm和185nm紫外线，从而使荧光粉宣告可见光的原理，因而它归于低气压弧光放电光源。从荧光灯的发光机制可见，荧光粉对荧光灯的质量起要害作用，日光灯、节能灯灯管选用的是通常玻璃，紫外线不能透出来，被荧光粉吸收后宣告可见光，它在灯管外的光线则为可见光，不是“紫外线”，之所以有时候叫“紫外荧光灯”，首要是由于是选用紫外线激起的要素。所以，它们两者都是运用的低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，只是由于透过外壳的方法不一样致使用处也不一样。