實驗室老化設(shè)備
Rudy Leber
(美國ATLAS 材料測試集團(tuán))
摘要: 介紹人工老化試驗設(shè)備中*常用的幾種光源的產(chǎn)***展、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),并從與自然光源相似程度的角度,分析了幾種光源的優(yōu)缺點(diǎn)。
由于需要比室外自然老化測試較為快速地評估材料的抗老化性能,以及需要可控的測試環(huán)境,通常采用帶人工光源的測試設(shè)備來加速老化過程。這些設(shè)備包括碳弧燈、過濾的氙弧燈、金屬鹵化物燈和熒光紫外線燈。這些“試驗室加速老化”測試設(shè)備在某些情況下可能*適合于“人工老化”
試驗工作。“實時”老化加速方法的采用有幾個原因。首先,這種測試可以在自然的或比日光更強(qiáng)的輝光下工作,不受日常循環(huán)、季節(jié)變化和氣候條件的影響。材料暴露的溫度、熱循環(huán)、濕度和水份也可以控制到*大值,但是不會影響應(yīng)力問題。樣品可以暴露在超過自然水平的光譜能量下,雖然在此過程中必須仔細(xì)操作,以防止產(chǎn)生非自
然的老化機(jī)制。除了可以根據(jù)要求加速和控制老化條件的能力,實驗室測試的另一個主要優(yōu)點(diǎn)是其**性和可重復(fù)性,而在自然測試中,實際氣候是無法控制的和多變的。另外,每個老化因素都可以獨(dú)立控制,這樣,研究工作可以簡化為研究各種老化條件對材料性能的特定影響,而這是在戶外的自然條件下很難或無法進(jìn)行的。人工老化設(shè)備通常按照使用的光源類
型分類。*常見的光源類型有碳弧燈、熒光紫外線燈以及金屬鹵化物光源。每種光源都有自己的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn),每個老化實驗人員都必須懂得這一點(diǎn)。由于曝露材料所吸收的輻射能是至關(guān)重要的,我們將著重討論光源的質(zhì)量,即每種光源與自然日光的相似程度。
碳弧燈
碳弧儀器*初被德國合成染料化學(xué)家用來評估被染紡織品的耐光度。**臺阿特拉斯Color Fade - OmeterR○ 于1919 開始投入使用,作為一種封閉式碳弧( ECA) 光源,它是在以前的一種阿特拉斯產(chǎn)品上重新設(shè)計開發(fā)的。前一種產(chǎn)品本身是在更早的阿特拉斯日光碳弧舞臺燈基礎(chǔ)上開發(fā)的。當(dāng)時芝加哥是世界電影之都,而舞臺燈光正是阿特拉斯的主要業(yè)務(wù)。對于這種舞臺燈光的使用者來說,演員所穿的某些紡織布料和衣飾會逐漸掉色。今天,封閉式碳弧燈有單弧和雙弧兩種;電弧封閉在一個PyrexTM球中,這個球可以具有某些過濾功能,并可提供一個無氧環(huán)境。1930 年發(fā)明了一種開放式碳弧燈,即帶CorexR○ 過濾的阿特拉斯日光碳弧Weather- OmeterR○ ,它可以比自然日光提供更多的
波長小于300 nm 的紫外線,但是在300 nm- 340 nm 波段上更接近自然光,并且比封閉式碳弧燈在更長的波段上的偏離性更小。如果不使用過濾裝置來進(jìn)行更快速測
試,那么與戶外自然測試相比,某些材料的穩(wěn)定性可能發(fā)生變化。日光碳弧燈使用三對碳棒,不受空氣流動的影響,電弧在碳棒之間旋轉(zhuǎn),以模擬每天的日光變化,弧光由
周圍的平面Corex 濾鏡組過濾。這種燈的紫外線光譜與日光相差較大。它的兩個強(qiáng)力發(fā)射波段峰值分別在358 nm 和386 nm ,是日光強(qiáng)度的4 倍和20倍。對于只吸收短波紫外線輻射的材料來說,這種光源比日光的老化效果要弱,但是對于既吸收長波紫外線又吸收可見光的材料來說,這種光源的效果要比日光強(qiáng)。所
以,對于評估材料的相對光穩(wěn)定性來說(既包括吸收短波紫外線的材料,也包括吸收長波紫外線的材料) ,與暴露在日光下的老化結(jié)果相比,封閉式碳弧燈的結(jié)果可能會
不準(zhǔn)確。這兩種碳弧技術(shù)都需要每日更換碳棒和清潔球罩的濾鏡。濾鏡和球罩老化很快,必須定期更換。同時,必須**累積的碳灰。使用碳弧燈的歷史時間很長,至今在某些測試中仍舊使用這種光源。而且對于某些材料來說,這種燈的效果與日光的
效果很近似。現(xiàn)在,這種技術(shù)已經(jīng)被氙弧所代替。描述使用碳弧光源的設(shè)備性能的主要文獻(xiàn)是:ISO 4892 - 塑料- 實驗室光源的方法- 第四部分: 開放式碳弧燈, ASTMG152 ,使用開放式碳弧光源照射非金屬材料的操作方法以及G153 ,使用封閉式碳弧光源照射非金屬材料的操作方法。
熒光紫外線光源 實驗室老化設(shè)備
四腳長熒光紫外線燈與家用和商用照老化性能,那么這種燈還是很有用的。但是無法預(yù)測材料的使用壽命和與自然條件
的對應(yīng)關(guān)系。這種燈*適合用作通用放映工具,例如,使用人工粗側(cè)檢查總體公式錯誤等。總之,這些設(shè)備為潮氣模擬提供了凝結(jié)變化過程(在無光情況下) 。測試表面暴露到一種空氣和水蒸汽的加熱飽和混合環(huán)境中(在黑暗情況下,相對濕度幾乎達(dá)到100 %) ,而測試板的背面暴露到正?？諝庵?這樣,板的溫度會降到露點(diǎn)以下,導(dǎo)致在此面上形成水珠(露水) 。紫外線變化過程和凝結(jié)過程都的順序和時間都可人工調(diào)整并實現(xiàn)自動控制。同樣地,在紫外線和凝結(jié)變化過程中,溫度也可控制(在一定范圍內(nèi)) 。
實驗室老化設(shè)備
公安機(jī)關(guān)備案號：
