如何选择实验室加速耐候老化试验箱仪器

人工加速老化试验中常见问题探讨

简介：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。又如我国在国际市场上有竞争力的一个产品：外贸出口鞋。在使用过程中，阳光中的紫外线是引起鞋子变色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外灯箱对其进行耐黄变测试。常用的鞋类耐黄变试验箱采用30WUV灯，样品离光源20cm，照射3h后观察颜色变化。同时，在运输过程中，集装箱内闷热、潮湿的恶劣环境会引起鞋面、鞋底、胶水的变色、斑点，甚至是变质。因此，在装船运输之前，有必要考虑进行耐湿热老化试验，模拟集装箱内高热、高湿环境，在70℃、95％相对湿度的条件下，进行48h试验后观察外观、颜色变化。 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。由于氙灯紫外线部分能量较另两种光源增加较少，在加速倍率方面是最低的。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。表1列举了一些常用产品标准中对老化时间的规定。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。表2列出了我国不同地区太阳辐射强度[2]。 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：从表2可知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3，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。 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。 而对于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的颜色、外观变化是可以接受的，这时，选择评价指标时，主要考虑其耐开裂性、粉化程度等方面。同样是聚氯乙烯(PVC)，如果用于制作鞋面，就必须考虑其耐黄变性，而如果是用于雨落水管，对于外观变化要求就不高，而材料的物理机械性能变化，如拉伸强度变化是主要考核指标。4.2根据材料本身特性确定评价指标 就同一材料来说，在老化过程中不同性能的下降是不等速的。换句话说，某些性能对环境敏感，下降得最快，则是引起材料破坏的主要因素、在选择评价指标时，应该选择这些敏感性能。研究表明：对于大部分工程塑料来说，冲击强度是自然老化试验检测中变化最大、下降最明显的。因此，在进行工程塑料的老化测试时，应优先考虑选择冲击强度下降作为评价指标。冲击强度对聚丙烯的老化同样相当敏感[4]，是考核老化性能的主要指标。对于聚乙烯材料来说，断裂伸长率的下降最为明显，是优先考虑的评价指标。对于聚氯乙烯，拉伸强度和冲击强度都下降得比较快，应根据实际情况，选择其中一种来评价。在国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，选择老化后冲击强度保留率≥60％作为合格判定指标；在轻工行业标准QB/T2480 - 2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC -U)雨落水管材及管件中，选择老化后拉伸强度保留率≥80％作为合格判定指标。5 结束语 人工加速老化试验因快速评价材料耐候性的需求而得到快速发展，作为自然老化的重要补充，广泛运用于高分子材料的研究、开发、检测中。而试验条件的选择、光源的选择、试验时间的确定、性能评价指标的选择是人工加速老化试验中经常遇到的问题。本文对以上几方面进行了探讨，提出了一些解决问题的思路。

人工加速老化试验中常见问题探讨

简介：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。又如我国在国际市场上有竞争力的一个产品：外贸出口鞋。在使用过程中，阳光中的紫外线是引起鞋子变色、褪色的主要原因，因此，有必要用紫外灯箱对其进行耐黄变测试。常用的鞋类耐黄变试验箱采用30WUV灯，样品离光源20cm，照射3h后观察颜色变化。同时，在运输过程中，集装箱内闷热、潮湿的恶劣环境会引起鞋面、鞋底、胶水的变色、斑点，甚至是变质。因此，在装船运输之前，有必要考虑进行耐湿热老化试验，模拟集装箱内高热、高湿环境，在70℃、95％相对湿度的条件下，进行48h试验后观察外观、颜色变化。 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。由于氙灯紫外线部分能量较另两种光源增加较少，在加速倍率方面是最低的。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。表1列举了一些常用产品标准中对老化时间的规定。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。表2列出了我国不同地区太阳辐射强度[2]。 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：从表2可知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3，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。 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。 而对于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的颜色、外观变化是可以接受的，这时，选择评价指标时，主要考虑其耐开裂性、粉化程度等方面。同样是聚氯乙烯(PVC)，如果用于制作鞋面，就必须考虑其耐黄变性，而如果是用于雨落水管，对于外观变化要求就不高，而材料的物理机械性能变化，如拉伸强度变化是主要考核指标。4.2根据材料本身特性确定评价指标 就同一材料来说，在老化过程中不同性能的下降是不等速的。换句话说，某些性能对环境敏感，下降得最快，则是引起材料破坏的主要因素、在选择评价指标时，应该选择这些敏感性能。研究表明：对于大部分工程塑料来说，冲击强度是自然老化试验检测中变化最大、下降最明显的。因此，在进行工程塑料的老化测试时，应优先考虑选择冲击强度下降作为评价指标。冲击强度对聚丙烯的老化同样相当敏感[4]，是考核老化性能的主要指标。对于聚乙烯材料来说，断裂伸长率的下降最为明显，是优先考虑的评价指标。对于聚氯乙烯，拉伸强度和冲击强度都下降得比较快，应根据实际情况，选择其中一种来评价。在国标GB/T8814-2004《门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，选择老化后冲击强度保留率≥60％作为合格判定指标；在轻工行业标准QB/T2480 - 2000建筑用硬聚氯乙烯（PVC -U)雨落水管材及管件中，选择老化后拉伸强度保留率≥80％作为合格判定指标。5 结束语 人工加速老化试验因快速评价材料耐候性的需求而得到快速发展，作为自然老化的重要补充，广泛运用于高分子材料的研究、开发、检测中。而试验条件的选择、光源的选择、试验时间的确定、性能评价指标的选择是人工加速老化试验中经常遇到的问题。本文对以上几方面进行了探讨，提出了一些解决问题的思路。

交变湿热试验箱维护常识

简介：交变湿热试验箱维护常识 宏展公司所售产品均附有相关详细使用操作、维护及简单维修说明，敬请购买者认真阅读、理解并遵照执行。在此我们着重强调以下几点小常识，以期尽可能长久地保持产品的工作性能，敬请阁下注意： 1、由于温（湿）度箱价值一般都比较高，我们建议将其置于比较良性温度环境中，我们的经验温度值为8℃~23℃，对不具备此条件的实验室，须配备适当的空调器（风冷）或冷却塔（水冷）。 2、坚持专人专业管理。有条件的单位，应不定期派专人到供方工厂培训学习，以获得较专业的维护、维修经验和能力。 3、定期（每3个月）清洗冷凝器：对于压缩机采用风冷冷却的，应定期检修冷凝风机，并对冷凝器进行去污除尘，以保证其良好的通风换热性能；对于压缩机采用水冷冷却的，除须保证其进水压力、进水温度外，还必须保证相应流量，并定期对冷凝器内部进行清洗除垢，以获取其持续的换热性能。 4、定期（每3个月）清洗蒸发（除湿）器：因试品的洁净等级各异，在强制风循环作用下，蒸发（除湿）器上会凝聚很多尘埃等小颗粒物体，应定期进行清洗。 5、循环风叶、冷凝器风机清洁和校平衡：与清洗蒸发器相似，因试验箱的工作环境各异，循环风叶、冷凝器风机上会凝聚很多尘埃等小颗粒物体，应定期进行清洗。 6、水路、加湿器清洗：若水路不畅、加湿器结垢易导致加湿器干烧，可能损坏加湿器，所以必须定期对水路、加湿器进行清洗。 7、坚持每次试验完毕后，将温度设定在环境温度附近，工作30分钟左右，再切断电源，并擦干净工作室内壁。 8、设备若需搬迁最好在宏展公司技术人员指导下进行，以免造成不必要的损伤或损坏设备。 9、长期停机不使用，应定期每半月给产品通电，通电时间不小于1小时。 10、维修原则：由于环境试验箱基本由电气、制冷和机械多个系统组成，因此一旦设备出现问题，应全面地系统地对整个设备进行检查和综合分析。一般来说，分析判断的过程可以先“外"后“里"，即首先排除外部因素，如冷却水、供电等，在完全排除外部因素后，根据故障现象，对设备进行先系统分解，后系统综合的分析判断，可以采用倒推的方法查找故障原因：首先按照电气接线图查找是否电气系统有问题，最后查找是否制冷系统的问题。在没弄清故障原因前，切不可肓目拆卸或更换零部件，以免造成不必要的麻烦。

蒸气压缩式制冷原理及系统组成

简介：蒸气压缩式制冷原理及系统组成 　　 蒸气压缩式制冷属液体气化制冷，目前这种制冷丁艺应用非常广泛。 　　 2—1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 2—1—1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环的形式 　　 理想制冷循环中，膨胀机的膨胀功较小，回收的功率甚至不能克服膨胀机消耗的摩擦功率，因此往往用节流阀代替膨胀机。另外，压缩机吸入较多的湿蒸气时，会产生“液击"现象，造成对压缩机的破坏。因此，在蒸气压缩式制冷循环中，进入压缩机的制冷剂应是干饱和蒸气（或过热蒸气），这种压缩称为干压缩。同时，两个传热过程为有温差的定压过程。通过以上改进后的制冷循环即为蒸气压缩式制冷的理论循环。单级蒸气压缩式制冷理论循环原理图和其循环状态点在T—S图上的表示分别如图2—1和图2—2所示。 　　 蒸气压缩式制冷循环由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。其工作过程如下：压缩机吸入蒸发器中低温低压的饱和蒸气，经压缩后排入冷凝器。在冷凝器中，高温高压的过热蒸气与冷却介质进行换热，放出热量，被冷却成相同压力下的饱和液体。高压液态制冷剂通过节流阀降压后，产生低温低压的液体和一部分蒸气（因在节流阀出口突然出现，这部分蒸气称为闪发蒸气，在蒸发器中不吸收被冷却物体的热量）进入蒸发器后，低温制冷剂液体在蒸发压力po、蒸发温度Yo 第9页 下吸收被冷却物体的热量而沸腾，变成低温低压的蒸气，与闪发蒸气一道，被压缩机吸入。如此周而复始地循环，将被冷却物体的热量源源排向高温热源。 　　 循环过程中，压缩机消耗机械能，压缩和输送制冷剂，并造成蒸发器的低压。冷凝器内制冷剂与冷却介质（通常是冷却水或室外空气）进行热交换，将低温物体的热量和压缩功转变的热量传给高温热源。蒸发器内制冷剂与被冷却对象（如空调中的冷冻水）进行热交换，吸收被冷却物体的热量，制冷剂由液态变为蒸气。节流阀起节流降压、调节流量的作用。通过制冷循环，制冷剂不断吸收被冷却物体的热量，使被冷却物体温度降低，达到制冷的目的。 2—1—2 单级蒸气压缩式制冷的理论循环在压焓图上的表示 　　 在制冷循环的分析和计算中，通常借助制冷剂的压焓图和温熵图。由于制冷循环中各过程的功量与热量的变化在压焓图中均可用过程初、终态制冷剂的焓值变化来计算，因此压焓图在制冷工程中得到更广泛的应用。 　　 1．压焓图 　　 压焓图以绝对压力为纵坐标（为了缩小图面，通常取对数坐标，其上的压力数值不需换算），以比焓为横坐标来表示制冷剂的状态。在图上有一点、二线、三区域、五种状态、六条等参数线。图中一点为临界点K；K点左边为饱和液体线（称为下界线），干度＝0；右边为干饱和蒸气线<称为上界线），于度=1；临界点尺和上、下界线将图分成三个区域：下界线以左为过冷液体区，上界线以右为过热蒸气区，二者之间为湿蒸气区（即两相区），三个区的状态再加上饱和液和饱和蒸气状态，共有五种状态；六条等参数线簇：等压线一水平线，等焓线——垂直线，等温线——液体区内几乎为垂直线，湿蒸气区内等压线与等温线重合为水平线，过热区内为向右下方弯曲的倾斜线，等熵线——向右上方倾斜的实线，等容线——向右上方倾斜的点划线，较等熵线平坦，等干度线——只在湿蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，其大小从左向右逐渐增大，压焓图的示意见图2—3。 　　 压焓图是进行制冷循环分析和计算的重要工具，应熟练掌握和应用。 　　 2．单级蒸气压缩式制冷理论基本循环在压焓图上的表示 　　 根据以上的分析可知，单级蒸气压缩式制冷的理论循环各状态的特点是：压缩机吸入的制冷剂的状态是蒸发压力po下的饱和蒸气；离开冷凝器的制冷剂状态是冷凝压力pk下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩；制冷剂在冷凝器、蒸发器内和系统管路中无任何压力损失，是等压过程，压力降仅在节流膨胀过程中产生。虽然以上的情况与实际有偏差，但这种简化便于分析研究，可以作为讨论实际

如何选择实验室加速耐候老化试验箱仪器

简介：如何选择实验室加速耐候老化试验箱仪器 虽然应用由于像热，湿度和机械改变会加速老化并影响材料最终性能的改变，但对暴露在户外的材料使用寿命的限制主要是太阳光的紫外辐射，所以我从实验室老化试验中使用的各种光源开始我的讨论。 一．封闭式碳弧灯 这种灯已使用大约70年之久了，在1918年首先使用在纺织品曝晒牢度试验，成为AATCC（AmericanAssociationofTextileChemistsandColorists）的光源，现在许多旧的规范仍要求用它。 封闭式碳弧灯由一队碳棒组成，这碳棒密封在一金属气体检块板（metalgascheckplate）和硼硅玻璃球形成的气密封套中，当电流在碳棒之间流过，产生弧光。由于碳电极的成份，决定它燃烧时产生的光的品质，对碳棒的任何改变将改变它们的光谱能量分布（SPD），从而改变测试条件。 封闭式碳弧灯的SPD显示，它的主要能量集中在3个相当窄的波带中。在低于345nm处还有相对小的能量可采用，在这一段聚合物有最大吸收灵敏度。但封闭碳弧灯的光谱功率分布与自然日光相差较大。碳弧灯既没有自然日光中的短波紫外辐射，在400~800nm间也没有日光的高强度能量。由于这种灯在光谱上与日光存在较大差异，要比较自然气候老化和使用碳弧灯的实验室老化相关性就困难了。 二．日光碳弧灯 由于封闭碳弧灯的缺陷，日光碳弧灯碳棒的成份改变，使它的SPD较类似于日光方面有明显的改进。但是与日光的SPD比较在350nm和50nm之间的很大差别仍可引起相关性差。 日光碳弧灯与封闭碳弧灯一样是星期老化试验使用的光源，最早始于1933年。弧光在三队碳棒中的一对产生，用八块玻璃滤光片环绕弧灯，它主要用在涂料工业中，许多规范中规定使用此种光源。 三．荧光紫外灯 在理论上进短波能量是主要的。如果它的很少能量就能导致材料的老化。为什么不显著增加这能量，达到快速试验的效果呢？比较FS-40荧光灯的SPD和Florida太阳光的SPD，可以看出达到了增加紫外线能量的设计标准，不仅是UV能量水平增加，而且光谱范围也增加到自然光中没有的UV能量。这能量分布的急剧改变可以使许多产品加速损坏。 由于这些固有缺陷，不仅在光谱分布上，而且还有无法控制的其他因素，从而得出不规则的结果。Atlas公司一般不考虑使用这种光源。我们认为它的主要用途是作为一个紫外筛选装置，限于质量控制应用。 由于荧光装置中存在在地球表面测量时自然日光中没有的辐射能量，荧光装置可以引起非自然的破坏。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使曝晒在自然日光下那样变化。 无论是空气冷却还是水冷却，氙灯都有相同的基本光谱能量分布（SPD），冷却的方式不同，则灯的源光玻璃装置和结构不同。下面我们只限于讨论Atlas产品采用的水冷系统。 最新的，也是最好的光源是氙弧灯，它在50年代首次引入使用时为空气冷却系统，随后在60年代使用水冷。这种光源对本世纪初形成加速老化的原始概念时期使用密封碳弧灯加速老化试验装置以很大冲击。 水冷氙灯系统由石英，燃烧管，内，外滤光装置和不锈钢装配组件组成，不锈钢部件使各部份装配成一个系统。安装后，将去离子水或蒸馏水泵入这系统冷却灯管和吸收长波红外能量。当用硼硅玻璃，内，外滤光时，氙灯系统最近似于自然日光，将外滤光玻璃该为钠钙玻璃，www.531718.com则接近经过玻璃窗过滤后的自然日光。 最初开发的2500W和6000W氙灯，由于随着点燃时间的增加，有黑色沉积物在电极区形成，随着继续使用，沉积从电极区向灯管中心扩大，这些沉积物严重影响了灯的能量输出，使灯的寿命缩短，当时，在额定辐射水平上使用的6000W氙灯，每300~500小时就需要更换。Atlas立即开始了改进氙灯性能的研究。 1974年秋，在J.NORTON先生的指导下，研制出了6500W氙灯，这种新的氙灯工作在新的金属件中，用这种新的金属没有了电极区，消除了黑色沉积的问题。当与Atlas的光监视系统一起使用时，6500W的氙灯使用寿命超过1500小时，一般可达2000小时。但工作在高强度辐射下的氙灯的使用寿命会受影响。 6500W氙灯现在在AtlasC系列气候老化仪和褪色试验仪中使用。 氙弧灯首先用于塑料工业：许多规范如AATCC，ASTM，ISO和政府的规范都将它列入为使用灯。纺织工业是传统使用碳弧灯的用户，现在也改变他们的规范使用氙灯。AATCC不仅规定了使用氙灯，而且规定了使用的辐射水平，以及辐射曝露剂量（每平方米多少焦耳）以便产生一个期望的颜色变化。 事实上，在Ci35和Ci65氙灯老化仪中试验，证明许多产品与曝露在Florida试验基地的自然老化试验结果相关性高达98%。 使用碳弧灯的另一传统工业是汽车工业，最近国际工业纤维协会IFAI强调氙弧灯方法已发展作为汽车内部装备，装饰产品的老化试验方法。 我们已经讨论了光源，下面我们将看看除光源以外的许多其他因素的影响。这些因素在我们选择仪器时也应当考虑，从而产生很高的试验相关水平。 水份 无论是直接喷水（雨），潮湿，还是凝结水（露水）都是实验室试验中要模拟的影响因素。但是不像温度或辐射可以增加水份来加速光化学反应。样品的湿度是不能增加的。但是我们能做的是增加干变湿，湿变干，以及热冲击周期的频率。Papenroth博士在一篇有机涂料的论文中报告说："在老化试验中不仅水的存在是主要的适当增加湿润和干燥周期的频率，并驳斥所有其他条件恒定的情况下，能加速老化过程。"虽然在样品表面的有效相对湿度和样品室的相对湿度之间的关系上还存在某些不同意见，但湿度是一个重要影响因素，这一点大家是一致的。 温度控制 最简单的加速老化反应的方法是加热，但必须小心调整温度不超过导致不同试验结果的温度点。原油精练是一个例子，在蒸馏过程中要加热，当小心地调整控制加热时，原油可分解为它的各种成份，但加太多热就将发生大灾难。 相类似，加速老化程序中，在错误的温度上试验将引起不规则的实验结果。所以重要的是要知道最终产品使用温度是多少，以便将他们编入加速试验周期程序。 在美国，实际上所有老化试验规范都按ASTM建议实行的G26和G23所说明的要求使用黑板温度。一个例外是ASTMG53，这里使用荧光装置，使用一不同几何结构的温度计。 传统上，用一个黑板温度计测量试验温度。在理论上，黑板温度代表最大的样品温度。虽然在传感器的结构上有某些不同意见，温度控制的极端重要性是一致公认的。 在德国，通过他们的标准组织DIN发展了一种用于塑料工业的不同温度计，他们认为装在金属板上的传感器不能准确代表塑料暴露的温度，所以建议要用一个装在塑料物体上的传感器。这种温度计也能用在AtlasC系列仪器中。 传感器装在与样品相连的曝露架上，并通过一采集系统达到电子系统，连续控制和监视温度。 亮/暗周期 交替亮/暗周期是多数老化试验循环的一个重要部份，已被证明对汽车内部的装备，饰物产品试验很有意义。在暗周期，仪器可以编程设置到类似在晚上一个汽车中的高湿度情况或与对产品背面喷水结合在油漆板？？？？撒谎能够产生结露。 某些仪器旋转样品，使样品对光源旋转，交替地面向光或背向光，这虽然使样品的暴露类似亮/暗的状态，它并没有使样品暴露于不同的湿度和温度条件，样品基本上仍保留在与样品面对光时的相同环境条件，不同的只是样品没有被辐射。为了有一个真实的亮/暗条件，光源以某个预定的时间间隔，周期的开和关。在亮/暗时期仪器必须有独立的温度和湿度控制。 大气污染 建立材料在工地污染空气中暴露老化的标准方法的工作还做得很少。SherwinWilliam公司对二氧化氮和二氧化硫对油漆板的影响做了一些基础的研究。同时也将材料暴露于温度，水份和用氙灯模拟的日光下。AATCC也做了在工业污染与氙弧灯曝晒相结合来评价对纺织品的组合作用。很明显随着时间的继续，评价工业污染和阳光的结合作用将更为重视。所以老化仪也应当有使用污染气体，诸如二氧化氮，二氧化硫和臭氧的能力。 辐射的检测和控制 我们对四种光源的简短选择已清楚说明配有硼硅玻璃内，外滤光套的氙灯是自然光的最好模拟装置。所以ATLAS选择集中它的技术在氙灯系统上。 在我们前面讨论光源时，已知光源的质量在设计一加速老化试验程序中是极为重要的，必须记住大多数试验是要模拟户外自然条件，所以光源应当尽可能紧密近似自然日光。记住，将材料暴露在一个不是最终使用所经受的环境中，可能产生反常的结果。 改变达到样品的辐射能量的质量，可以通过改变内，外滤光套。例如，将外滤光套的硼硅玻璃该为钠钙玻璃，将使辐射类似无过滤的日光改变成过滤过的日光。用石英代替内玻璃套，保留硼硅玻璃作为外玻璃套，将稍增加短波（UVB）能量而不牺牲光谱的分布。内，外玻璃套都该为石英，产生的UV辐射可低到180nm，所以氙灯系统非常灵活。 实验证明，在一固定电压瓦数下，工作过120小时的氙灯的辐射比工作过1500小时后的氙灯的辐射能量多得多。也就是，如果一个样品总暴露时间为1500小时，那么在前数百小时，氙灯新的时候样品就接受日光能比用旧后多。但如果我们引入辐射自动控制系统，样品无论在新灯和旧灯情况下都接收到相同的能量。控制光源的输出不仅是需要，对研究发展老化试验也是必要的。 我们已讨论了光的质量，数量的重要，自然会产生这样的问题：如何能控制这两个重要因素？我们已说过改变用在氙灯的滤光套可以改变光的质量，也即SPD可以改??光玻璃在阳光下老化的作用，如何能保证在整个试验时间样品暴露到相同的能量水平。 为了达到恒定的辐射，ATLAS的CI（ConstantIrradiance）系列仪器中装有窄带光监视器。这系统接收氙灯的辐射能量通过一石英光棒传到测试室外的一个检测盒。在检测盒中首先通过一窄带滤光片（340nm或420nm）后照射到光电检测器上，变换为电信号，该信号送到检测电路与设定值比较，如果测量值小于设定值，也即辐射低于要求的水平，功率调整器接受控制信号增加灯管的功率，使辐射达到设定点。如果辐射高于要求的水平，系统将自动减小功率，直到辐射到达设定点。 除了自动控制辐射能量恒定外，光监测器，将辐射功率对时间积分得出样品已接收到多少辐射能量。通过使用一可复位的倒数计数器，可以对预定的辐射总能量编程。实验过程中，积分电路将驱动计数器，以0.1千焦耳的增量累积，使计数器从设置点逐渐减为零，当到达零点时，仪器自动关闭。这样曝光的结束是由样品接收到的累计总能量决定，而不是由时钟。 水冷氙灯的灵活性结合恒定辐射控制系统使ATLASCI系列老化仪成为一卓越的加速老化试验工具。 正象我们在开始就提到的，自然气候现象是很复杂的过程，所以必须小心选择选择在实验室中能模拟该过程的系统。它应当有能力控制像水份，温度，亮/暗周期这样的条件。并且最重要的是它应当提供一个光源，这光源能模拟样品在最终使用条件下曝露所获得的辐射能量。仪器能更进一步重复暴露的条件，使去年做的老化评价能与今天做的老化评价相比较。 在这里我们主要集中在加速气候老化试验仪器的要求和功能，但请记住，在气候老化或褪色老化试验仪中的试验，可能不是，或许应当不是评价一个材料性能的唯一方法。这评价当然是很重要的部份，但其他因素像冷冻和盐雾也需要考虑。例如评价用于油井平台上的油漆的老化试验可以轮流在老化仪，冷冻室和盐水喷雾试验中进行。ATLAS也已选出极端气候老化试验仪，www.531718.com在这里试验温度可低到零下40?C。 最后请记住，在选择一个加速老化仪中最重要的因素是您所要评价的产品的知识。这是设计实验室加速老化试验程序使实现和最终实际使用条件下将发生的结果有最好相关的总依据。