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    氙灯耐气候试验箱与碳弧灯老化试验箱的区别

      氙弧灯和碳弧灯是两种不同光源的光老化试验设备,氙弧灯在检测中的应用远远多于碳弧灯。

      氙弧灯是一种最新的,也是最好的光源,通过更换虑光罩,其可以较好的模拟户外自然太阳光和透过窗玻璃的太阳光。氙弧灯首先应用于塑料行业,由于其检测结果能够更好的模拟产品实际的耐候性,因此许多国际规范,如AATCC、ASTM、ISO和政府组织都采用氙弧灯。纺织行业是传统使用碳弧灯的用户,现在也改变了规范采用氙弧灯。

      弧灯分为两种,一种是封闭式碳弧灯,一种是日光碳弧灯。这两种碳弧灯都是应用于早期的设备,前者最初用于纺织品耐光测试,后者最初用于涂层的耐光性测试。封闭式碳弧灯的发光体是一组碳棒,电流通过碳棒发出弧光。但碳棒发出的弧光的光谱能量分布(SPD)与自然日光的SPD相差较大,既没有自然日光中的短波紫外辐射,在400-800nm之间也没有日光的高强度能量。日光型碳弧灯的SPD与日光的SPD的匹配性有所改善,但二者在50到350nm之间的光谱分布还是有较大的差异。因此,从总体上来说,碳弧灯的检测结果与产品的实际耐候性之间的相关性比较差。目前,一些旧的标准或规范仍采用碳弧灯设备。

      使用碳弧灯的另外一个传统行业是汽车行业,不过近年来大部分的欧美汽车公司已经普遍采用氙弧灯,目前仍在使用碳弧灯的大多是日本汽车企业,但很多日本汽车企业也已经将氙弧灯纳入其规范中作为选用方法。

      塑料、橡胶、涂料等高分子材料在使用过程中遇到老化的问题

      塑料、橡胶、涂料等高分子材料在使用过程中会遇到老化的问题。为评价高分子材料的耐老化性能,逐渐形成了两类老化试验方法:一类是自然老化试验方法,即直接利用自然环境进行的老化试验;另一类是人工加速老化试验方法,即在实验室利用老化箱模拟自然环境条件的某些老化因素进行的老化试验。由于老化因素的多样性及老化机理的复杂性,自然老化无疑是最重要最可靠的老化试验方法、。但是,由于自然老化周期相对较长,不同年份、季节、地区气候条件的差异性导致了试验结果的不可比性;而人工加速老化试验模拟强化了自然气候中的某些重要因素,如阳光、温度、湿度、降雨等,缩短了老化试验的周期,且由于试验条件的可控性,试验结果再现性强。人工老化作为自然老化的重要补充,正广泛运用于高分子材料的研究、开发、检测中。

      在人工加速老化的试验过程中,人们普遍会关心以下几个问题:应该选择什么样的试验条件,进行多长时间的试验;该选择什么指标来评价该产品的老化性能。本文试图针对这些问题对人工加速老化试验进行一些探讨。

      1 人工加速老化试验条件的选择

      这个问题实际上可以理解为应该模拟哪些老化因素,高分子材料在使用过程中,气候环境里许多因素都有可能对高分子材料的老化产生作用。如果事先知道产生老化的主要因素,就可以有针对性的选择试验方法。我们可以从该材料的运输、储存、使用环境以及其老化机理等方面考虑,确定试验方法。例如硬聚氯乙烯型材,使用聚氯乙烯为原料,添加稳定剂、颜料等助剂加工而成,主要用于室外。从聚氯乙烯的老化机理考虑,聚氯乙烯受热易分解;从使用环境考虑;空气中的氧、紫外光、热、水分都是引起型材老化的原因。因此,国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型材》中,既规定了光氧老化试验方法,采用GB/T 16422.2《塑料实验室光源曝露试验方法第二部分:氙弧灯》老化4000h或6000h,模拟了室外紫外光及可见光、温度、湿度、降雨等因素,同时又规定了热氧老化项目:加热后状态,150℃放置30min,目测观察是否出现气泡、裂纹、麻点或分离现象,以考察型材的耐热性能。

      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。

      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。

      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。

      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:例如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1,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。

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      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。


    点击次数:  更新时间:2018-07-25 16:01:35  【打印此页】  【关闭