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塑料实验室光源曝露试验检测规范

浏览次数:1256发布日期:2014-04-01

曝露试验方法是采用模拟和强化大气环境中主要因素的一种人工加速老化试验方法,它是在自然气候曝露试验方法基础上,为克服自然气候曝露试验周期长的缺点而发展起来的,可以在较短的时间内获得近似于常规大气曝露结果。

一、光源曝露试验概述: 

实验室光源(人工光源或人工气候)曝露试验方法是采用模拟和强化大气环境中主要因素的一种人工加速老化试验方法,它是在自然气候曝露试验方法基础上,为克服自然气候曝露试验周期长的缺点而发展起来的,可以在较短的时间内获得近似于常规大气曝露结果。

人工气候曝露拉力试验机中模拟大气环境的主要因素是阳光、空气(氧),温度(热),湿度和雨量等5种,其中以阳光zui为重要,所以人工气候设备一般都模拟以上5个因素而其重点是阳光。试验证明,到达地面上的阳光中,只有波长在300-400nm的紫外线,才能引发绝大多数高分子材料发生化学反应,产生老化降解作用。通常紫外辐射强度增大,材料老化速率加快,因此,人工光源在紫外区的能谱分布曲线愈近似太阳在此区间的谱线,则这种光源的模拟性就愈好。同时,只有当人工光源在紫外区部分至少保持盛夏时期阳光的辐照度时,才能获得适宜的加倍速率。所以,理想的人工气候曝露光源要同时具有模拟性好及加倍速率高的特性。

二、方法原理与方法要点:

试样曝露于规定的环境条件和实验室光源下,通过测定试样表面的辐照度或辐照量与试样性能的变化,以评定受试材料的耐候性。为了得到整个曝露阶段的完整特性,应测定试样在若干曝露阶段的每一个阶段的变化。

1、试验装置

①试验箱   也称人工气候箱,虽有不同类型,但均应包括以下符合规定的几个要素:

a、光源   光源是曝露试验的辐射能量源,它是决定模拟性能的关键因素,光源应使试样表面得到的辐照度符合(ISO4892-94)中各种光源曝露试验方法的要求,并保持稳定;

b、试样架   用于安放试样及规定的传感装置;

c、润湿及控湿装置   给试样表面提供均匀润湿,控制箱内的相对湿度(可使用喷水管或冷凝蒸汽来实现喷水或凝露);

d、温度传感器  测量及控制箱内空气湿度;

e、程控装置  控制试验湿润或非湿润及有无辐射(光照)时间程序装置。

②记录测量装置

a、辐射测量仪   测量试样表面辐照度与辐照量;

b、黑标准温度计或黑板温度计   黑标准温度计与试样在相应位置接受辐射时显示热导性差的深色试样曝露面的温度。黑板温度计则由一块近似于“黑体”吸收特性的涂黑吸收金属板组成,板的温度由热接触良好的温度计或热电偶指示。相同操作时所示温度低于黑标准温度;

c、指示或记录装置   试验有关操作要素的指示与记录。

2、试验条件的选择   人工气候曝露试验条件选择主要包括:光源、温度、相对湿度及喷水(降雨)周期等,现就它们的选择依据及一般确定方法简介于下。

①光源  光源的选择原则是:要求人工光源的光谱特性应与导致材料老化破坏zui敏感的波长相近,并结合试验目的和材料的使用环境来考虑。ISO4892-94推荐三种人工光源,其光谱的特性如下。

a、氙弧灯   氙弧灯(简称氙灯)分光辐照度分布在使用的人工光源中模拟性。氙灯紫外线分布增加较少,加倍速率较低。氙灯在1000-2000nm近红外区氙弧辐射很高,发热明显加剧,因此氙灯光源必须有冷却装置,以免试样过热。氙灯辐射经适当滤光后其光谱能量分布与紫外可见光部分相似。

b、碳弧灯   ISO4892-94只推荐开放式阳光型碳弧灯(取消了密闭式紫外型碳弧灯),碳弧灯的光谱能量分布比较接近太阳光,但在370-390nm波段的紫外线比较集中加强。碳弧灯模拟性虽不及氙灯,但加倍速率比氙灯高。碳弧灯选择合适的滤光器能滤掉大部分短波辐射。

c、荧光紫外灯   主要推荐UV-A和UV-B两种灯型,其中UV-B应用较多。UV-A灯,光的峰值波长位于317-365nm附近,且在达到地面的太阳光中所不存在的300nm以下波段具有相当的

能量。因此,荧光灯常会产生与太阳光不同的反应机理,模拟性较差,但加倍速率很高。

②温度   空气温度的选择,以材料使用环境zui高气温为依据,比其稍高一些,常选50℃左右。黑板温度的选择以材料在使用环境中材料表面zui高温度为依据,比其稍高,多选63±3℃.

③相对湿度  相对湿度对材料老化的影响因材料品种不同而异,以材料在使用环境所在地年平均相对湿度为依据,通常在50%-70%范围选择。

④降雨(喷水)或凝露周期   降雨(喷水)条件的选择,以自然气候的降雨数据为依据。上降雨(喷水)周期【降雨(喷水)时间/不降雨(喷水)时间】多选18min/102min或12min/48min,也有选3min/17min及5min/25min的。人工老化降雨(喷水)不用自来水,采用蒸馏水或去离子水。

1、试样

①形状与制备   曝露试样的持尺寸是根据曝露后测试性能有关试验方法要求确定。某些试验的试样(如边缘易分层的层合制品样),也可以片状或其他形式曝露,然后按试验要求裁样。对粒状、碎片状,粉状或其他未加工状态的聚合物树脂等则按规定的(或协商的)制样方法制成标准试样。

②试样数量   试样数量对每个实验条件或曝露阶段而言,由曝露后测试性能的试验方法确定。以此乘以曝露阶段数并加上测定初始值的需要量可确定所需试样总数。如果有关试验方法没有规定曝露试样数量,则每个曝露阶段的每种材料至少准备三个重复实验的试样(力学性能的测试推荐准备两倍于相应测试方法所需的试样量,因为塑料老化后的力学性能在测试时会有较大的分散性)。

每个曝露试验应包括一个已知耐候性的参照试样。

③贮存和状态调节  试样在测试前进行适当的状态调节,对此试样应贮存在正常实验室条件下的黑暗处,或按GB 2918-82“塑料试样状态调节和试验标准环境”规定的某一标准环境中。对贮存黑暗中会改变颜色的试样,曝露后要尽快目测对比颜色改变。

4、试验条件和步骤   试验所控制的具体条件和操作步骤,如试样固定、曝露、滤光片更换清洗,辐射量测定及曝露后试样性能变化的测定等均依据所选的特定曝露方法而定,详见有关标准(ISO4892.1-4)

三、影响因素:

1、光强度的稳定性   为了保证试验数据可靠,再现性好,光源发射的光谱强度应稳定。氙灯及荧光灯在使用过程中随点燃时间的增长而逐步老化、变质、使辐照度衰减。因此,应按有关试验方法规定定期更换新灯。光源电流或电压的变化会引起光源辐照度的波动,辐照度随电功率的增大而升高,故要求光源的电流电压应保持稳定。

氙灯与碳弧灯的玻璃滤光套(片)在使用过程中也会老化变质或沾污,应使用200h后即换,并经常清洗保洁。

2、受试温度   试样的辐照温度不可选的过高,特别是对易于被单纯热效应引起变化的材料。因在此种情况下,试验表示的结果可能不是光谱曝露的效应而是热效应。选用氙灯要注意防止试样过热(冷却必须有效)选用开放式碳弧灯,要加强空气流动以免温升过分。

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