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光照老化試驗如何確定試驗條件、試驗時間？

來源：東莞市賽思檢測設(shè)備有限公司   2024年07月10日 14:57  

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陽光模擬試驗箱用于檢測成套零部件或整車在陽光照射下的老化性能。用戶可能此測試對零部件或整車在照射后性能的更改進(jìn)行評估，包括形狀、顏色、光澤度、手感、強(qiáng)度及各種熱膨脹結(jié)果等。符合標(biāo)準(zhǔn)：PR306.5、 DIN75220, GJB150.7A, GB/T2423.24 MIL-STD-810等，并可根據(jù)客戶的其他測試需求進(jìn)行特殊設(shè)計。

性能特點：
●采用德國原裝金屬鹵素?zé)?，精?zhǔn)模擬真實的太陽光譜

●光譜等級滿足汽車、光伏、等行業(yè)測試需求

●采用特殊工藝處理的防凝露，慮光系統(tǒng)

●配備自動供水系統(tǒng)及純水過濾系統(tǒng)及缺水提示功能

●設(shè)備可擴(kuò)充遠(yuǎn)程服務(wù)功能.可擴(kuò)充APP移動平臺管理

●可靠的輻照度測量系統(tǒng) ， 可持續(xù)接入系統(tǒng)使用

●控制系統(tǒng)保養(yǎng)自動提醒及故障病例軟件設(shè)計功能

●燈殼外觀為噴砂氧化鋁板材料，放光材料為鏡面豆紋鋁板

陽光模擬試驗箱產(chǎn)品規(guī)格：   可根據(jù)用戶需求定制內(nèi)箱尺寸

型號

SE-HK010

SE-HK015

內(nèi)箱尺寸(cm)

90×90×120

100×100×150

外箱尺寸(cm)

120×260×240

130×270×270

性

能

溫度范圍

-70℃～+150℃

溫度均勻度

≤2℃（無光照下）

溫度偏差

±2℃（無光照下）

溫度波動度

≤1℃（≤±0.5℃,按GB/T5170-1996表示）

升溫時間

+20℃～+150℃/約45min (空載)

降溫時間

+20℃～-70℃/約80min/(空載)

濕度范圍

20～95%RH（無光照下）

濕度范圍

20～80%RH（有光照下）

濕度偏差

±3%(＞75%RH), ±5%(≤75%R上)

輻照強(qiáng)度

55～1200 W/m2 (可調(diào))

光譜功率分布

280～3000nm

輻照均勻度

±10%

光譜分布

PR306.5、 DIN75220, GJB150.7A, GB/T2423.24 MIL-STD-810等

光源內(nèi)型

全光譜金屬鹵素?zé)?/span>

溫度控制器

中文彩色觸摸屏+ PLC控制器（SETH/控制軟件）

制冷壓縮機(jī)

進(jìn)口全/半封閉壓縮機(jī)

冷卻方式

風(fēng)冷（水冷選配）

加濕用水

蒸餾水或去離子水

保護(hù)措施

漏電、短路、超溫、缺水、壓縮機(jī)超壓、過載、過流、光源保護(hù)等。

電源

AC380V  50Hz 三相四線+接地線

一、人工加速老化試驗條件的選擇


 這個問題實際上可以理解為應(yīng)該模擬哪些老化因素，高分子材料在使用過程中，氣候環(huán)境里許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chǎn)生作用。如果事先知道產(chǎn)生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗方法。

 

我們可以從該材料的運輸、儲存、使用環(huán)境以及其老化機(jī)理等方面考慮，確定試驗方法。例如硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為原料，添加穩(wěn)定劑、顏料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的老化機(jī)理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環(huán)境考慮；空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。

 

因此，國標(biāo)GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規(guī)定了光氧老化試驗方法，采用GB/T16422.2《塑料實驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》老化4000h或6000h，模擬了室外紫外光及可見光、溫度、濕度、降雨等因素，同時又規(guī)定了熱氧老化項目：加熱后狀態(tài)，150℃放置30min，目測觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂紋、麻點或分離現(xiàn)象，以考察型材的耐熱性能。又如我國在國際市場上有競爭力的一個產(chǎn)品：外貿(mào)出口鞋。在使用過程中，陽光中的紫外線是引起鞋子變色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外燈箱對其進(jìn)行耐黃變測試。

 

常用的鞋類耐黃變試驗箱采用30W UV燈，樣品離光源20cm，照射3h后觀察顏色變化。同時，在運輸過程中，集裝箱內(nèi)悶熱、潮濕的惡劣環(huán)境會引起鞋面、鞋底、膠水的變色、斑點，甚至是變質(zhì)。因此，在裝船運輸之前，有必要考慮進(jìn)行耐濕熱老化試驗，模擬集裝箱內(nèi)高熱、高濕環(huán)境，在70℃、95％相對濕度的條件下，進(jìn)行 48h 試驗后觀察外觀、顏色變化。

 

 

二、人工加速老化試驗光源的選擇

 

實驗室光源曝露試驗：可以在一個試驗箱中同時模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為常用的一種人工加速老化試驗方法，在這些模擬因素中，光源比較重要。經(jīng)驗表明，陽光中引起高分子材料破環(huán)的波長主要集中在紫外線及部分可見光。

 

目前使用的人工光源都力圖使在此波長區(qū)間內(nèi)的能譜分布曲線與太陽光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個世紀(jì)的發(fā)展，實驗室光源已有封閉式碳弧燈、陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。

 

01、氙弧燈

 

目前認(rèn)為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達(dá)地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm紅外區(qū)存在很強(qiáng)的輻射，會產(chǎn)生大量的熱。

 

因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價格也比較昂貴。由于氙燈紫外線部分能量較另兩種光源增加較少，在加速倍率方面是很低的。

 

02、熒光紫外燈

 

從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達(dá)到快速試驗的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達(dá)到較高的加速倍率。

 

然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。

 

因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實現(xiàn)對特定材料的快速篩選。

 

03、陽光型碳弧燈

 

陽光型碳弧燈目前在我國應(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標(biāo)準(zhǔn)都采用陽光型碳弧燈。我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在370nm~390nm紫外線集中加強(qiáng)，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間。

  

三、人工加速老化試驗時間的確定方法

 

1、參照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

 

相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)對老化試驗的時間作出了規(guī)定，我們只需查找到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按里面規(guī)定的時間執(zhí)行就行了。許多國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都對此作出了規(guī)定。

 

2、根據(jù)已知的相關(guān)性推算

 

研究表明：通過顏色和變黃指數(shù)變化來評價ABS的顏色穩(wěn)定性，人工加速老化與自然大氣暴露有較好的相關(guān)性，加速倍率約為7。如果想了解某一 ABS材料戶外使用一年后的顏色變化，采用相同的試驗條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時間365x24/7=1251h。

 

長期以來，國內(nèi)外就相關(guān)性間題展開了大量的研究，得出了許許多多的換算關(guān)系式。然而，由于高分子材料的多樣性，加速老化試驗設(shè)備及方法的不同，不同時間、地區(qū)氣候的差異性導(dǎo)致了換算關(guān)系的復(fù)雜化。因此，在選擇換算關(guān)系時，一定要注意得出該相關(guān)性的具體材料、老化設(shè)備、試驗條件、性能評價指標(biāo)等因素。

 

3、控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)

 

對于某些既無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又無處參考相關(guān)性的產(chǎn)品，可以考慮其實際使用環(huán)境的輻射強(qiáng)度，控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)。

 

舉例：如何控制人工加速老化總輻射量

 

某一塑料制品使用于北京地區(qū)，期望控制人工加速老化總輻射量與戶外暴露一年相當(dāng)。

 

第一步：由于該產(chǎn)品為塑料制品，且使用于戶外，選擇采用 GB/T16422.2-1996《塑料實驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》中A法。

 

試驗條件為：輻照強(qiáng)度0.50W/m2（340nm），黑板溫度65℃，箱體溫度40℃，相對濕度50％，噴水時間／不噴水時間 18min/102min，連續(xù)光照；

 

第二步：北京地區(qū)一年輻射總量約為5609MJ/m2，依據(jù)對比人工光源與自然陽光輻射光譜分布的國際準(zhǔn)則CIENo85-1989（GB/T16422.1-1996《塑料實驗室光源曝露試驗方法第一部分：氙弧燈》中引用）；其中紫外區(qū)與可見區(qū)部分（300nm~800nm）占62.2%，即3489MJ/m2。

 

第三步：依據(jù)GB/T16422.2-1996

 

340nm輻照強(qiáng)度為0.50W/m2 時，紅外區(qū)與可見區(qū)部分（300nm～800nm）輻照強(qiáng)度為550W/m2；可計算出輻照時間為3489X106/550=6.344X106s，即1762h。依此計算方法，加速倍率約為5。由于自然老化并不是簡單的輻照強(qiáng)度的迭加，只有在確定陽光是引起材料。

 

 

四、人工加速老化試驗性能評價指標(biāo)的選擇

 

選擇性能評價指標(biāo)主要從材料的用途及材料本身特性兩方面來考慮。

 

1、根據(jù)材料用途確定評價指標(biāo)對于同樣的材料，由于其用途不同，可能選擇的評價指標(biāo)也不同。例如，同樣是涂料，如果是用于裝飾，就必須重點考慮其外觀的變化。在 GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評級》中，詳細(xì)規(guī)定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評級方法。

 

而對于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的顏色、外觀變化是可以接受的，這時，選擇評價指標(biāo)時，主要考慮其耐開裂性、粉化程度等方面。同樣是聚氯乙烯（PVC），如果用于制作鞋面，就必須考慮其耐黃變性，而如果是用于雨落水管，對于外觀變化要求就不高，而材料的物理機(jī)械性能變化，如拉伸強(qiáng)度變化是主要考核指標(biāo)。

 

2、根據(jù)材料本身特性確定評價指標(biāo)就同一材料來說，在老化過程中不同性能的下降是不等速的。換句話說，某些性能對環(huán)境敏感，下降得快，是引起材料破壞的主要因素。在選擇評價指標(biāo)時，應(yīng)該選擇這些敏感性能。研究表明：對于大部分工程塑料來說，沖擊強(qiáng)度是自然老化試驗檢測中變化較大、下降較明顯的。

 

因此，在進(jìn)行工程塑料的老化測試時，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇沖擊強(qiáng)度下降作為評價指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度對聚丙烯的老化同樣相當(dāng)敏感，是考核老化性能的主要指標(biāo)。對于聚乙烯材料來說，斷裂伸長率的下降較為明顯，是優(yōu)先考慮的評價指標(biāo)。對于聚氯乙烯，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都下降得比較快，應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇其中一種來評價。

 

在國標(biāo)GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，選擇老化后沖擊強(qiáng)度保留率≥60％作為合格判定指標(biāo)；在輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QB/T2480-2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC-U）雨落水管材及管件中，選擇老化后拉伸強(qiáng)度保留率≥80％作為合格判定指標(biāo)。

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