资料摘要
资料下载一、 设备选择依据 存在于地球表面及大气层空间中的自然环境因素和诱发环境因素的种类,目前还无法统计出一个确切的数目,其中对工程产品(设备)的使用及寿命影响较大的因素不下十几种。从事工程产品环境条件研究的工程师们将自然界存在以及人类活动所诱发的环境条件整理归纳为一系列的试验标准和规范,用以指导工程产品的环境及可靠性试验。如指导军工产品进行环境试验GJB150――中华人民共和国国家军用标准《军用设备环境试验方法》,指导电工电子产品进行环境试验的GB2423――中华人民共和国国家标准《电工电子产品环境试验方法指南》等。因此,我们选择环境及可靠性试验设备时主要的依据是工程产品的试验规范和试验标准。 其次,为了规范试验设备中环境试验条件的容差,保证环境参数的控制精度,国家技术监督机构及各工业部门还制订了一系列的环境试验设备及检测仪器仪表的检定规程。如中华人民共和国国家标准GB5170《电工电子产品环境试验设备基本参数检定方法》,又如国家技术监督局颁布实施的JJG190-89《电动振动试验台系统试行检定规程》等。这些检定规程也是选择环境及可靠性试验设备的重要依据,不符合这些检定规程要求的试验设备是不允许投入使用的。 二、 设备选择基本原则 环境及可靠性试验设备的选择应遵循以下五条基本原则: 1、环境条件的再现性 在试验室内完整而精确地再现自然界存在的环境条件是可望而不可及的事情。但是,在一定的容差范围之内,人们完全可以正确而近似地模拟工程产品在使用、贮存、运输等过程中所经受的外界环境条件。这段话用工程的语言概括,就是“试验设备所创造的围绕被试产品周边的环境条件(含平台环境)应该满足产品试验规范所规定的环境条件及其容差的要求”。如用于军工产品试验的温度箱不仅要满足国军标GJB150.3-86、GJB150.4-86中根据不同的均匀性和温度控制精度的要求。只有这样,才能保证在环境试验中环境条件的再现性。 2、环境条件的可重复性 一台环境试验设备可能用于同一类型产品的多次试验,而一台被试的工程产品也可能在不同的环境试验设备中进行试验,为了保证同一台产品在同一试验规范所规定的环境试验条件下所得试验结果的可比较性,必然要求环境试验设备所提供的环境条件具有可重复性。这也就是说,环境试验设备施用于被试验产品的应力水平(如热应力、振动应力、电应力等)对于同一试验规范的要求是一致的。 环境试验设备所提供环境条件的可重复性是由国家计量检定部门依据国家技术监督机构所制定的检定规程检定合格后提供保证。为此,必须要求环境试验设备能满足检定规程中的各项技术指标及精度指标的要求,并且在使用时间上不超过检定周期所规定的时限。如使用非常普遍的电动振动台除满足激振力、频率范围、负载能力等技术指标外,还必须满足检定规程中规定的横向振动比、台面加速度均匀性、谐波失真度等精度指标的要求,而且每次检定后的使用周期为二年,超过二年必须重新检定合格后才能投入使用。 3、环境条件参数的可测控性 任何一台环境试验设备所提供的环境条件必须是可观测的和可控制的,这不仅是为了使环境参数限制在一定的容差范围之内,保证试验条件的再现性和重复性的要求,而且从产品试验的安全出发也是必须的,以便防止环境条件失控导致被试产品的损坏,带来不必要的损失。目前各种试验规范中大体要求参数测试的精度不应低于试验条件允许的误差的三分之一。 4、环境试验条件的排它性 每一次进行环境或可靠性试验,对环境因素的类别、量值及容差都有严格的规定,并排除非试验所需的环境因素渗透其中,以便在试验中或试验结束后判断和分析产品失效与故障模式时,提供确切的依据,故要求环境试验设备除提供所规定的环境条件外,不允许对被试产品附加其它的环境应力干扰。如电动振动台检定规程中所限定的台面漏磁,加速度信噪比、带内带外加速度总均方根值比。随机信号的检验、谐波失真度等精度指标都是为了保证环境试验条件的唯一性而制定的检定项目。 5、试验设备的安全可靠性 环境试验,特别是可靠性试验,试验周期长,试验的对象有时是价值很高的军工产品,试验过程中,试验人员经常要在现场周围操作巡视或测试工作,因此要求环境试验设备必须具有运行安全、操作方便、使用可靠、工作寿命长等特点,以确保试验本身的正常进行。试验设备的各种保护、告警措施及安全连锁装置应该完善可靠,以保证试验人员、被试产品和试验设备本身的安全可靠性。 三、 温湿度箱的选择 1、容积的选择 将被试产品(元器件、组件、部件或整机)置入气候环境箱进行试验时,为了保证被试产品周围气氛能满足试验规范所规定的环境试验条件,气候箱工作尺寸www.531718.com与被试产品外廓尺寸之间应遵循以下几点规定: a) 被试产品的体积(W×D×H)不得超过试验箱有效工作空间的(20~35)%(推荐选用20%)。对于在试验中发热的产品推荐选用不大于10%。 b) 被试产品的迎风断面积与该断面上试验箱工作室总面积之比不大于(35~50)%(推荐选用35%)。 c) 被试产品外廓表面距试验箱壁的距离至少保持100~150mm,(推荐选用150mm)。 上述三点规定实际上是相互依存和统一的。以1立方米正方体箱子为例,面积比为1:(0.35~0.5)相当于体积之比为1:(0.207~0.354)。距箱壁100~150mm相当于体积之比为1:(0.343~0.512)。 总括上述三点规定,气候环境试验箱的工作腔容积至少应是被试产品外廓体积的3~5倍。作出这种规定的理由有以下几点: 1〕 被试验件置入箱体后挤占了流畅的通道,通道变窄将导致气流流速的增加。加速气流与被试验件之间的热交换。这与环境条件的再现不符,因为在有关标准中对涉及温度环境试验都规定试验箱内试验样件周围的空气流速不应超过1.7m/s,以防止试验样件和周围气氛产生不符合实际的热传导。在空载时试验箱内平均风速为0.6~0.8m/s,不超过1m/s,满足a)、b)两点要求所规定的空间及面积比时,流场的风速可能增大(50~100)%,平均最高风速为(1~1.7)m/s。满足标准规定的要求。如果在试验中不加限制地加大试验件的体积或迎风断面积,则实际试验时气流风速将增大到超出试验标准所规定的最高风速,其试验结果的有效性将受到怀疑。 2〕 气候箱工作腔内环境参数〔如温度、湿度、盐雾沉降率等〕的精度指标都是在空载状态下检测的结果,一旦置入被试验件后,对试验箱工作腔内环境参数的均匀性将产生影响,试验件占有的空间越大,这种影响也就越严重。实测试验数据表明,流场中迎风面与背风面的温差可达到3~8℃,严重时可大到10℃以上。因此,必须尽量满足a〕、b〕两项要求,以保证被试产品周围环境参数的均匀性。 3〕 根据热传导的原理,箱壁附近气流的温度通常与流场中心温度相差2~3℃,在高低温的上下限时,还可能达到5℃。箱壁的温度与箱壁附近流场的温度又相差2~3℃(视箱壁的结构和材料而定)试验温度与外界大气环境相差越大,上述温差也越大,因此,距箱壁(100~150mm)距离内的空间是不可利用空间。 2、温度范围的选择 目前,国外温度试验箱的范围大体上为-73~+177℃,或-70~+180℃。国内多数厂家一般为-80~+130℃,-60~+130℃,-40~+130℃,也有高温到150℃。这些温度范围通常可以满足国内绝大多数军用、民用产品温度试验的需要,除非确有特殊需要,如安装位置靠近发动机等热源的产品外,不可盲目提高温度上限。因为上限温度越高,箱体内外的温差越大,箱体内部流场的均匀性也越差。可利用的工作室体积也就越小。另一方面,上限温度值越高,对箱壁夹层中保温材料(如玻璃棉等 )的耐热性要求越高。箱体密封性的要求也越高,使箱体的制作成本增加。 3、湿度范围的选择 国内外环境试验箱给出的湿度指标大都是20~98%RH或30~98%RH,如果湿热试验箱没有除湿系统,则湿度范围为60~98%,这一类试验箱只能做高湿试验,但它的价格低得多。值得注意的是在湿度指标后面应该注明相应的温度范围,或给出最低露点温度。因为相对湿度是与温度直接相关的,对于同样的绝对含湿量,温度越高,相对湿度就越小,如绝对含湿量为5g/Kg(指1公斤干空气中含有5克的水蒸汽),当温度为29℃时,相对湿度为20%RH,温度为6℃时,相对湿度为90%RH,当温度降至4℃以下,相对湿度超过100%,在箱体内会出现结露现象。 实现高温、高湿只需要往箱体空气中喷水蒸汽或雾化的水珠,进行加湿。低温低湿则相对难于控制,因为此时的绝对含湿量很低,有时比大气中的绝对含湿量低很多,需要对箱体内流动的空气除湿,使空气变得干燥。目前国内外绝大多数的温湿度箱都采用制冷除湿的原理,是在箱体的空气预调室内加一组制冷光管。当湿空气经过冷管时,其相对湿度会达到100%RH,因空气饱和在光管上结露,使空气变得更干燥。这种除湿方式理论上可达到零度以下的露点温度,但是当冷点表面温度到达0℃时,光管表面结露的水滴会结冰,从而影响光管表面的热交换,使除湿能力下降。又因为箱体不可能绝对密封,大气中的湿空气会渗入到箱体内,使露点温度回升。另一方面,在光管间流动的湿空气只是在和光管(冷点)接触的瞬间达到饱和状态而析出水蒸汽,因此这种除湿方法很难使箱体内的露点温度在到0℃以下。实际所达到的最低露点温度为5~7℃。露点温度5℃相当于绝对含湿量为0.0055g/Kg,对应相对湿度20%RH的温度为30℃。如果要求温度20℃进相对湿度达到20%RH,此时的露点温度为-3℃,采用致冷方式除湿是很困难的,必须选用空气干燥系统才能实现。 4、控制方式的选择 温度、湿度试验箱有恒定试验箱、交变试验箱两种情况。 普通的高低温试验箱一般指的是恒定高低温试验箱,其控制方式为:设定一个目标温度,试验箱具有自动恒温到目标温度点的能力。恒定温湿度试验箱的控制控制方式也类似,设定一个目标温度、湿度点,试验箱具有自动恒温到目标温度、湿度点的能力。高、低温交变试验箱具有设定一条或者多条高低温变化、循环的程序,试验箱有能力根据预置的曲线完成试验过程,并且可以在最大升温、降温速率能力的范围内,精确控制升温、降温的速率,即可以根据设定的曲线的斜率控制升温、降温速率。同样,高低温交变湿热试验箱也具有预置温度、湿度曲线,并且根据预置进行控制的能力。当然,交变试验箱都具有恒定试验箱的功能,但交变试验箱的制造成本较高,因为交变试验箱需配置有曲线自动记录装置、程序控制仪,还须解决试验箱在工作室内温度较高的情况下开启制冷机等问题,因此,交变试验箱的价格比恒定试验箱的价格一般要高20%以上。因此,我们应当实事求是的以试验方法的需要为出发点,选用恒定试验箱或者是交变试验箱。 5、变温速率的选择 普通的高低温试验箱没有降温速度的指标,从环境温度降温到标称的最低温度的时间一般为90~120min。高低温交变试验箱、高低温交变湿热试验箱都有变温速度的要求,其变温速率一般要求1℃/min,在此速率的范围内速度可调。而快速温度变化试验箱的变温速率较快,升温、降温速率可以达到3℃/min~15℃/min,在某些温度段升温、降温速率甚至可以达到30℃/min以上。 各种规格、速度的快速温度变化试验箱的温度范围一般都是相同的,即-60~+130℃,但考核降温速度的变温范围却不尽相同,根据试验不同的试验要求,快速温度变化试验箱变温范围有的是-55~+80℃,而有的是-40~+80℃。 关于快速温度变化试验箱的变温速率有两种提法,一种是全程平均升降温速度,一种是线形升降温速度(实际上是每5 min平均速度)。全程平均速度是指在试验箱的变温范围内,最高温度与最低温度之差值与时间之比。目前国外各环境试验设备生产厂家提供的变温速率的技术参数都是指的全程平均速率。线形升降温速度指在任意的每5 min时间段内,能够保证的变温速率。而实际上对于快速温度变化试验箱来说,保证线形升降温速度的难度最大、最关键的一段是,在降温段最后的一个5 min的时间段内,试验箱可以达到的降温速率。从某种角度讲,线形升降温速度(每5 min平均速度)更科学。因此试验设备最好具有全程平均升降温速度和线形升降温速度(每5 min平均速度)这两个参数。一般来说,线形升降温速度(每5 min平均速度)是全程平均升降温速度的1/2。 6、风速 有关标准规定,进行环境试验时温湿箱内的风速应小于1.7m/s,对于试验本身来说,风速越小越好,风速过大会加速试验件表面与箱体内流动气流的热交换,于试验的真实性不利。但为了保证试验箱工作室内的均匀性,试验箱内具有循环风是必需的。但是快速温度变化试验箱以及温度、湿度、振动等多因素综合环境试验箱,为追求变温速率,必须加快箱体内循环气流的流速,风速通常在2~3m/s。因此,对于不同的使用目的,风速的限制是不一样的。 7、温度波动度 温度波动是一个比较容易实现的参数,所有环境试验设备厂家生产的多数的试验箱实际的温度波动都可以控制在±0.3℃的范围以内。 8、温度场均匀度 为了更正确地模拟产品在自然界所遭受的实际环境状况,在环境试验中必须保证被试产品的周边处在同一温度环境条件下,为此,必须对试验箱内的温度梯度和温度的波动度加以限制。在国军标GJB150.1-86军用设备环境试验方法总则中明确规定“试验样品附近测量系统的温度应在试验温度的±2℃以内,其温度工不超过1℃/m或总的最大值为2.2℃(试验样品不工作)”。 9、湿度的精度控制 环境试验箱中测量湿度多数是采用干湿球法,环境试验设备的制造标准GB10586要求,相对湿度偏差应在±23%RH。为满足湿度控制精度的要求,湿度试验箱的温度控制精度较高,温度波动一般小于±0.2℃。否则很难达到湿度控制精度的要求。 10、冷却方式选择 试验箱如果带有制冷系统,制冷系统需要进行冷却。试验箱有风冷、水冷两种形式。 风冷 水冷 使用条件 设备安装简便,只需要接通电源即可使用。 环境温度应低于28℃,如果环境温度高于28℃对制冷效果有一定的影响(最好配备空调) 需配置循环冷却水系统。 换热效果 较差(相对于水冷方式) 稳定、良好 对使用环境的影响 会导致试验箱周围的空气温度上升。 不影响试验箱周围的温度。 噪声 较大(相对于水冷方式) 较小 结论 选择何种冷却方式,应结合试验室的实际情况而定。 在条件允许的情况下,优先考虑选择水冷方式。 但如果选用的试验箱的制冷系统很小,也可以优先考虑选择水冷方式。 风冷 水冷 使用条件 设备安装简便,只需要接通电源即可使用。 环境温度应低于28℃,如果环境温度高于28℃对制冷效果有一定的影响(最好配备空调) 需配置循环冷却水系统。 换热效果 较差(相对于水冷方式) 稳定、良好 对使用环境的影响 会导致试验箱周围的空气温度上升。 不影响试验箱周围的温度。 噪声 较大(相对于水冷方式) 较小 结论 选择何种冷却方式,应结合试验室的实际情况而定。 在条件允许的情况下,优先考虑选择水冷方式。 但如果选用的试验箱的制冷系统很小,也可以优先考虑选择水冷方式。 四、 温湿度试验设备状况分析 1〕 温湿度环境试验设备的生产是持续了几十年的机械制造行业,其基本技术(如制冷,加热)已经成熟。便是随着工业技术的进步和发展,很多新的应用技术不断引入到环境试验设备中,如计算机技术,模糊控制理论,多箱同步运行等,因此,很难给制造厂家下一个孰优孰劣的武断性结论。各个生产厂家积几十年的制造经验所生产的设备都是可以使用的,其工作原理、所应用的技术,甚至结构、材料等都有很多相似之处。但是由于环境试验设备 “多非标、多品种、小批量”的生产方式的制约,产品的可靠性始终是困绕国内、国外制造商的一个问题。关键在于生产厂家必须管理精细,工艺完备、检测手段齐全、对质量认真负责(如通过ISO9000论证)。同时,环境试验设备是一种耐用品,一些问题和设计缺陷需要多年使用才能暴露出来,通过统计分析才能发现问题所在。一个成熟的、高可靠性的产品往往需要多年改进、完善。因此,环境试验设备生产厂家具有一定生产规模和生产历史,是产品具有较高可靠性的必要条件之一。 2〕生产过程的质量控制。国内生产过程的质量控制有很大提高。生产过程的质量控制与生产厂家的管理水平、生产习惯有关,通过ISO9000的论证是生产过程质量控制走上规范化的一个标志。 国内外生产温湿度环境试验设备的厂家在生产气候环境试验方面都积累了丰富的经验。提供的都是可供使用的,在质量上都可信赖。至于究竟应该选用哪一家,哪一种型号的产品更符合要求,除了本文前面所述的一些原则和具体的技术指标要求外,还有一些值得重视和考虑的因素。 a〕性能/价格比。 在对环境试验设备的技术参数、可靠性充分考证的基础上,性价比是应当考虑的重要因素。环境试验设备的进口无一例外都是通过代理商在国内进行销售的,价格的因素不仅取决于生产厂家的成本和利润,还包含着很多中间环节费用及销售提成。在相同的制造成本下,降低中间费用是降低订货价格的重要因素,同一国家相关技术指标的产品,制造成本大体相当,不同国家(指西方发达国家)生产的产品即使有差别也不会太大。 b〕满足用户需要的程度和能力。 用户订购一台温湿度环境试验箱,其要求依产品试验的需要而不同,如有的三综合试验箱常常用于产品部件或组件和环境应力筛选试验,此时设备的强制除湿能力以及附加空气干燥系统的可能性是用户应该重点关心的项目,如果有的用户想利用三综合试验箱作环境试验(如湿热试验),则风速可调整性就是必须考虑的因素。 c〕售后服务及设备故障的处理能力。 任何一台设备在使用中不可能不出故障,一旦出现问题使用者能否享受到及时的维修服务,或者能根据设备自身具有的故障诊断能力很快确定出故障处理办法,使设备尽快恢复性能,重新投入使用。在这方面,国内外的生产厂家都已经或正在做出积极的努力,如建立快速反应的维修队伍,如在计算机控制系统中增加诊断及故障预警系统软件,用户可根据计算机提供的信息,尽快处理故障
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。
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