材料，成品中耐候老化性能检测方案(其它试验箱)

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玻璃下曝晒 户外老化：曝晒测试基础 抗老化和耐腐蚀测试数据对于新材料的选择和现有材料的改进都是必需的。导致材料发生老化的主要因素是光照、高温和潮湿。户外曝晒被用来测试材料的耐老化性能。导致材料降解的因素在世界各地有着很大差别。佛罗里达和亚里桑那州已经成为自然户外老化测试的国际基准场所。 为什么在佛罗里达? 安装测试板的户外曝晒架 自然户外曝晒测试有多种背板方式和曝晒方法。每种方法都各有利弊，取决于材料或产品的最终用途。注意选择正确的曝晒方法以保证测试结果尽可能有效。本文将列出一些比较重要的注意事项，包括： ·背板方式 ·曝角度的影响 ·背板对温度和湿气的影响 ·曝晒条件的季节性变化 ( 1.准确的曝晒技术和测试方法在美国试验和材料协会(ASTM)、国际标准组织(ISO)和其他技术组织出版的标准测试方法中有详细叙述。所有Q-Lab测试都是按照适当的标准进行的。许多客户要求满足他们自己的曝晒和评估方法。对于任何特殊的要求， 与您的客户协商。 ) 不是所有的曝晒都相同。样品的背板方式和曝晒角度对下列每个关键参数都会产生巨大影响： ·太阳辐照量 ·样品温度 ·湿度和潮湿时间 为了获得最大太阳光辐照量，测试样品通常面朝赤道放置。 任何曝晒于户外的材料，在阳光直射时?比以其它任何角度入射时，接收到的太阳光辐射都多。因此，测试样品的曝晒角度，影响它接收到的太阳辐照量。在佛罗里达和亚里桑那，夏天太阳到达最高点(如，与地平线之间的高度)。在佛罗里达仲夏季节，太阳几乎是直射射。因此，在夏天，样品以与地平线成5°角角晒比以45°角曝晒，接收到的总太阳辐照能要多。在冬天，太阳达不到最高点，此时样品以45°角曝晒将接收到更多的总太阳辐照能。 因此，曝晒角度，有时称为"倾斜角”，会明显影响样品对环境的反应。倾斜角决定样品接收到多少太阳辐照能，以及样品升温和冷却的速率。倾斜角还影响样品由露水、雨水或风引起的潮湿时间。 一般而言，曝晒角度应能反应样品实际使用环境的特点。以正确的角度曝晒保证测试符合实际的，并能增加测试结果的可信度。以下是最常用的曝晒角，所有曝晒角都是指与地平线之间的角度。 45°倾角，朝南. 45°朝南. 被认为是典型的户外曝晒角，并且许多行业都选择该角度。广泛应用于那些没有特殊角度要求的材料. 5°倾角，朝南. 5°朝南. 适用于汽车产品或其它通常以水平角或接近水平角使用的材料。这一很小的倾角有利于水从测试样品表面流走。相比45°，这个倾角提供的测试条件更加严酷，因为它接收更多的年总太阳辐照能，特别是在夏季月份，高温增强了作用效果。而且5°倾角比45°倾角，更有利于露水形成，潮湿时间也更长。 水平(0°)放置 0°(水平). 水平曝晒很少用于平面样品或测试板，考虑到让水分流淌，微倾5°角是首选角度。然而，这个角度对许多三维零件和样品非常有用。也可适用某些实际应用条件，如屋顶，要求有水浸测试. 纬度角，朝南 纬度角. 北纬25°是我们佛罗里达曝晒场的纬度角。北纬34°是我们亚里桑那曝晒场的纬度角。样品以25°或34°朝南放置，通常可以接收固定角度中最多太阳辐照能。这种曝晒角称作纬度角，用在需要最大化辐照能的曝晒中。“纬度角”也被广泛用于太阳能装置，如太阳能电池和太阳能加热器的测试中。 90°角，朝南 90°朝南. 这种固定的、垂直曝晒角常用于房屋建筑涂料测试中。垂直角是为了减少太阳辐照能、降低曝晒温度、并减少潮湿时间。测试板通常分层安装在曝晒架上，这样雨水就不会从上面的测试板滴到下面的测试板上。 虽然大多数房屋建筑涂料的测试是朝南的，佛罗里达的霉菌测试往往需要朝北。 可变角. 可变角曝晒是季节性地从一个角度调整到另一个角度。角度可变是为了通过调整样品位置，使之总与太阳光垂直(如，以合适的角度)，来获取最大量的太阳辐射。相对于固定曝晒，可变角曝晒能提高总辐射曝晒量的10%。曝晒角度随时间变化如下： 不同时间的曝晒角 月份 角度 4月~8月 5° 9月 25°/34° 10月~2月 45° 3月 25°/34° 自然老化曝晒通常是把样品安装在标准曝晒架里。这种曝晒架可牢固地夹持样品，且不会对样品造成破坏或影响测试进行。用于自然老化的试验装置一般是由木材、铝材或不锈钢制成。大多数曝晒架由铝制成，并可以容易地调整曝晒角度。 基本曝晒架的面积一般是5英尺×12英尺，有一支撑架和样品安装部件。有两种基本的安装系统：一种用于扁平、刚性、无需支撑的测试板，另一种用于三维产品、零件或部件。柔软的材料，如纺织物，经常需要另外的支撑系统。 直接曝晒. 大多数材料普遍采用的是直接曝晒。把测试样品安装在曝晒架上，使其上表面直接朝向太阳。直接曝晒的样品受环境中所有因素的影响。 直接曝晒架的高度是可调的，并可放置各种各样的样品。大多数普通测试样品是扁平的、无需支撑物的测试板。测试板通常由铝、钢、木材或塑料制成。“标准”样品是12英寸长的测试板，尽管曝晒架可以非常容易地把样品间距缩短为6英寸或增大为24英寸。测试板通常被铝制的夹具固定，夹住上面的2.5英寸。夹具也起到了遮挡板的作用。 工业防护涂料通常朝南45°角曝晒. 无背板曝晒. 直接曝晒架上的样品可能是有背板曝晒，也可能是无背板曝晒。无背板曝晒是坚硬测试板、玻璃、自由薄膜、塑料和金属材料、卷材涂料和塑料镜片(尾灯装置等)等最常用的测试方法。在这些曝晒中，把测试样品放置在空的曝晒架上，通常朝南，样品的上(正)下(反)面都直接暴露于自然环境中。 有背板曝晒. 非刚性样品、需高温测试的三维零部件和样品通常安装在复合板上进行曝晒。这种方法通常称作有背板或复合板-背板曝晒。这种实心背板曝晒与无背板曝晒相比，样品的潮湿时间要长、温度要高。 通常选用有背板曝晒的材料包括屋面隔层、乙烯墙板、橡胶、汽车涂层、工业涂料和卷材涂料等。当样品只是需要被支撑但不需要额外的热量时，可选用金属网状背板。 直接曝晒方法符合的标准有： ASTM G7，D1435 和SAE J1976。 黑箱曝晒 黑箱曝晒的目的是模拟汽车的后备箱和车顶环境。典型的曝晒装置是铝制箱子，尺寸是5英尺×12英尺×9英寸。曝晒时测试板构成箱体的上表面。上表面要求总是被完全封闭的，测试时空的部分要求用空的样板封闭。 黑箱可选择任意角度，但是常常以5°角(与水平面之间的夹角)放置，模拟车体的水平面。 黑箱曝晒通常比无背板曝晒产生更高的曝晒温度和更长的潮湿时间。 ASTM D4141中有黑箱曝晒测试方法的详细描述。 黑箱曝晒用于模拟汽车测试环境 霉菌增强曝晒 防止霉菌生长的测试采用标准的、直接曝晒架，垂直放置((与水平面成90°角)在利于真菌生长的试验区域。有时调整样品使之朝北以减少阳光曝晒。有时把曝晒架放在树荫下，那里的温度和湿度有利于霉菌生长。通常起防霉剂作用的太阳光在遮荫曝晒时就减少了。自然植被是霉菌孢子的滋生地，从而减少了霉菌生长所需的时间。 户外盐雾加速曝晒 这种曝晒方法采用直接曝晒(5°或45°)，并每周喷淋两次5%浓度的盐溶液。喷淋时测试板的表面要完全湿透。喷雾要求在测试板干燥条件下进行，使之最大量吸收。这种盐雾喷淋曝晒以“疤痕腐蚀”闻名，且被证明是一种预测涂层金属的长期装饰腐蚀性的可靠方法。 盐雾加速曝晒每周喷雾两次 任何类型的玻璃都会过滤一部分太阳光。较短的、更具破坏性的波长大部分会被过滤掉。下图显示了夏天直射太阳光中的紫外波段，与普通玻璃(密度均匀、无色、0.125英寸厚)透射太阳光之间的比较。如图所示， 370nm以上的光线都可以透过普通玻璃。然而，随着波长变短，过滤作用更加明显。大多数低于310nm的破坏性强的波长被完全过滤掉了。 窗玻璃透射阳光 玻璃下曝晒用于测试户内用材料。测试样品被安装在一个通风支架内进行曝晒，样品与玻璃罩之间的距离是3英寸。玻璃通常是单向或双向强度的窗玻璃。玻璃过滤掉太阳光中最具破坏性的部分——短波紫外线。玻璃罩同时保护样品不受直接降雨和大部分冷凝的影响。但是，材料受通常湿度变化的影响。典型曝晒架包括6个曝晒区，每个曝晒区的面积大约24英寸×42英寸。 玻璃下曝晒用于测试户内材料，如纺织品和印刷材料 必须周期性清洗玻璃罩，以防止污垢和霉菌的生成，，1它们可能影响玻璃的透射率。在大多数玻璃下曝晒中，样品安装在木质背板上。在佛罗里达，该玻璃曝晒架与水平线之间的角度通常 为45°角，虽然有时也放置成5°角(与水平线之间)，用来提高样品接收到的太阳辐照量。 玻璃下黑箱曝晒 如名字所示，该曝晒是黑箱和玻璃框下曝晒架的组合。它用于测试汽车内饰材料。玻璃罩保护样品远离直接降雨，并且改变样品接收到的太阳辐照能。黑箱会产生比传统的玻璃下更高的样品测试温度。在佛罗里达或亚里桑那的晴朗夏天，玻璃下黑箱的温度可超过100°。这种曝晒架通常以5°角放置，但是，有时也根据可变角时间表来调节，以使太阳光辐射最大化。 玻璃下黑箱曝晒被用于测试汽车内饰材料 玻璃下密封曝晒 这种曝晒用于测试大的汽车内饰件，如仪表板，并且用一个特殊的，叫作AIM箱子(汽车内饰材料)的设备进行曝晒。某些AIM箱子被设计为跟踪设备，跟随阳光以获取最大太阳光辐照量。它们和玻璃下黑箱曝晒是相似的，但箱体深度被提高了以使之可以容纳更大尺寸的样品。测试样品需要固定安装，测试区域与玻璃罩之间的距离大约为3英寸。 玻璃下密封曝晒在GM 9538P中有详细描述。 AIM 箱子比玻璃下黑箱曝晒的深度大 热老化自身能够引起材料的降解。另外，当温度升高时，太阳辐射的破坏作用会加速。虽然温度不影响光致化学反应中的光致反应速度，却影响后继的因光致反应产生的自由基小分子间的化学反应速度。下图显示的实验室中把聚乙烯在不同温度下曝晒于紫外线中的结果，证明了这个影响。 温度加速降解的速率 由于长年高温，超高温和高强度阳光辐射，亚里桑那是户外耐候性测试的理想场所。最高空气温度一般比佛罗里达的迈阿密高出8℃。高温是亚里桑那有背板和无背板曝晒测试的主要因素。 另外，亚里桑那的黑板温度比佛罗里达能高出11℃。下表给出了相应的温度差异。 温度比较 (典型的佛罗里达夏季、晴朗天气下的最大值) 曝晒类型 黑板温度 白板温度 无背板 50°C 40°C 有背板 70°C 50°C 黑箱 80°C 60°C 可用有背板样品曝晒方法，提高样品的曝晒温度。在有背板曝晒中使用的胶合板材料可使测试样品隔热。 有背板曝晒比相同的，无背板曝晒差不多要高出20℃。 黑箱曝晒温度甚至更高。在白天，黑箱像一个吸热设备似地使曝晒面板的温度升高。在阳光曝晒下，箱内温度比无背板直接曝晒的温度高30°C. 黑箱和胶合板有背板曝晒中，样品(直接曝晒)经受的潮湿时间都比无背板曝晒中长。这是因为大多数户外潮湿是由露水引起的。为了理解这个机制，我们必须理解是什么引起测试样品上的露水形成。 露水仅在样品比周围空气冷的时候形成于样品上。露水可在不同温度下形成，与相对湿度有关。相对湿度越高(像在佛罗里达)，露水形成所需的温差就越小。 晚上，当测试样品处于寒冷夜空中时，就会辐射变冷。样品失热非常迅速，并且上表面变的比周围空气的温度还低。与此同时，与样品底部的空气之间有对流热交换。样品最终在上表面的辐射变冷和底部的对流热交换或变冷之间达到平衡。隔热样品(如，胶合板或黑箱)流失热量要比获得快。无背板式样品受周围空气的温度影响非常大。因此，隔热曝晒比无背板曝晒使样品潮湿更快，而且潮湿时间更长。 曝晒条件的季节性变化 曝晒条件具有重要的季节性差异。这些差异对使用寿命短的产品的测试尤其重要。最主要的差异是： ·太阳辐射的光谱和辐照量 ·湿度值和潮湿时间(TOW) ·样品温度的平均值和最大值 太阳辐射的季节性变化 因为冬天太阳在天空中的位置比较低，太阳光以倾斜角照射在样品上。这在样品安装方法中有着重大意义(上面已经讨论过)。冬天，太阳光也被更厚的大气层过滤。这造成光强和光谱分布的季节性差异。这些影响受云量、大气湿度和温度的数量影响而减弱。 夏天和冬天太阳角度和大气层之间的关系 温度的季节性变化 曝晒样品的温度受两个因素影响：(1)周围空气的温度和(2)太阳辐照量。周围空气的温度一般在夏季较高，加上晴天时的太阳辐射，黑板温度可高达80°C. 潮湿的季节性变化 在佛罗里达的夏季，大量降雨和露水(冷凝)的共同作用，使测试样品在超过50%的时间里，其表面有液态形式的水。 迈阿密的干燥季节从12月到4月。在此期间，降雨量很少，达到临时性干燥环境水平。然而，甚至在此干燥季节，佛罗里达高的相对湿度保证了露水的形成，进而保证了重要的潮湿时间。一般冬季的潮湿时间超过25%。 亚里桑那的气候是低降雨和低的环境湿度。一般不考虑潮湿。为了增强总的老化效果，可对测试样品进行人工喷水。 短期测试 在长期曝晒测试中(例如，超过两年)，季节性差异最终趋于平衡。然而，这些差异可能对耐候性差的样品和使用寿命短的材料(例如，保险杠贴纸，贴花纸，某些印刷油墨，某些纺织品等)的测试结果具有重要影响。曝晒时间越短，季节性变化的影响可能越严重。对于一系列相似材料，季节性差异会影响失效时间、失效模式，甚者是样品的评级。 对于使用寿命短的材料的理想测试方法，是在一年中的每个季节曝晒一个测试样品重复样。对于有紧急需要的客户，不管是什么季节都应立刻进行测试，但是要做好测试结果可能存在季节性差异的心理准备。如果客户不着急做测试，但更关心测试费用，那么应该在夏天进行测试，夏天通常是测试条件最为严酷的季节。 把材料放入比正常使用环境严酷的条件下进行曝晒，以提高曝晒速度是可能的。例如，使用胶合板的背板曝晒，相比无背板曝晒会使测试板的温度更高，潮湿时间更长。类似地，可变的样品安装角度比固定的角度接收到的太阳辐射更多。根据正常的最终使用条件，这些曝晒可认为是加速曝晒。 另一种户外加速测试，称为太阳光聚能曝晒装置， 一般用于亚里桑那。我们的Q-Trac 自然太阳光聚集器，是一种从早到晚自动跟踪太阳的装置。与此同时，它应用一系列10面反射镜把全光谱太阳光会聚到样品上。这种跟踪太阳的聚能系统使您的测试样品可以接收到最大量的太阳辐照。ASTMG90中有关于太阳光聚能装置曝晒的描述。Q-Trac 测试的详细介绍，请参考Q-Lab公司的技术资料 LL-9031。 Q-Trac 使您的样品接收到最大量的太阳辐射 结论 老化数据对于新材料的选择和现有材料的改进都是必需的。引起产品降解的因素在世界各地的差异很大。佛罗里达和亚里桑那都是国际公认的测试 基地。在不同条件下，每个地方的气候都适合做加速测试。佛罗里达的光照强度大，降水丰富，高温且高湿。亚利桑那的光照强度更大，温度更高。 10面系列反射镜把太阳光会聚到测试样品上 在佛罗里达，自然晒测试有各种各样的安装和曝晒方法。根据不同材料或产品的最终使用条件，每种方法各有利弊。必须注意选择最适合的曝晒方法，以保证测试结果的有效性。 法线入射”用于描述太阳以角(直角)入射到样品表面的情况。