塑料氙燈老化試驗(yàn)的方法條件及光源研究論文
1 氙燈老化試驗(yàn)的原理。
氙燈老化試驗(yàn)是利用經(jīng)過(guò)濾光器濾過(guò)的氙弧燈光，模擬樣品在實(shí)際使用環(huán)境中暴露于日光或窗玻璃過(guò)濾后的日光下發(fā)生的自然老化效果，其目的是為了使樣品在經(jīng)受一定的曝露輻射后，使樣品的性能產(chǎn)生一定程度的變化。在自然環(huán)境中，太陽(yáng)光輻射被認(rèn)為是老化的主要原因，因此對(duì)于人工氣候老化和人工曝露輻射而言，模擬太陽(yáng)光輻射是至關(guān)重要的。曝露設(shè)備在測(cè)試過(guò)程中，由于氙弧和濾光系統(tǒng)的老化，輻照度可能會(huì)變化，這種變化尤其發(fā)生在對(duì)聚合物材料光化學(xué)影響最大的紫外光范圍。因此不僅要計(jì)量曝露的時(shí)間，而且要測(cè)量400nm以下的波長(zhǎng)范圍或在規(guī)定波長(zhǎng)例如340nm處的曝露輻照度，并將這些值作為老化參照標(biāo)準(zhǔn)值。精確的模擬氣候條件的各個(gè)方面對(duì)樣品的作用是不可能的，因此氙燈老化試驗(yàn)箱模擬窗玻璃濾過(guò)的太陽(yáng)輻射試驗(yàn)稱為人工輻射曝露。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16422.2-2014（以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)）中對(duì)塑料氙燈老化試驗(yàn)的定義為：塑料試樣暴露于有水分存在的氙弧燈下模擬實(shí)際使用環(huán)境中暴露于日光或窗玻璃過(guò)濾后日光下發(fā)生的自然老化效果。氙弧燈通過(guò)濾光器過(guò)濾之后，用來(lái)模擬日光中紫外區(qū)域和可見(jiàn)光區(qū)域的光譜能量分布。試樣暴露于不同等級(jí)的光、熱、相對(duì)濕度以及水的可控環(huán)境條件中，暴露的條件有：濾光器、輻照度、光暴露過(guò)程中的溫度、試樣箱中的相對(duì)濕度、試樣潤(rùn)濕方式、水溫和潤(rùn)濕周期、光照和暗周期的相對(duì)時(shí)間長(zhǎng)度。
潤(rùn)濕通常由采用去離子水噴灑試樣、將試樣浸入水中或在暴露試樣的表面凝結(jié)水氣三種方式產(chǎn)生，試驗(yàn)過(guò)程包括試樣表面上輻照度和輻射暴露量的測(cè)量。試驗(yàn)結(jié)果可將一種已知性能的相似材料（對(duì)照物）與試驗(yàn)樣品同時(shí)暴露來(lái)提供標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，也可用試驗(yàn)后的樣品與未經(jīng)試驗(yàn)的樣品進(jìn)行比對(duì)。
2 實(shí)驗(yàn)室光源的光譜輻照度。
氙燈老化實(shí)驗(yàn)室光源由一個(gè)或多個(gè)有石英封套的氙弧燈組成，其光譜范圍包括波長(zhǎng)大于270nm紫外光、可見(jiàn)光及紅外光，氙弧燈經(jīng)過(guò)兩種不同的光過(guò)濾系統(tǒng)之一來(lái)改變其產(chǎn)生的輻射光譜分布，分別模擬太陽(yáng)輻射的紫外和可見(jiàn)光的光譜分布，模擬3mm厚的窗玻璃濾過(guò)的光輻射的紫外和可見(jiàn)光的光譜分布。
為了模擬日光，使用濾光器來(lái)濾除短波長(zhǎng)的紫外輻射，采用可降低波長(zhǎng)310nm以下輻照度的濾光器來(lái)模擬透過(guò)窗玻璃后的日光，另外使用濾除紅外輻射的濾光器可防止對(duì)試樣產(chǎn)生會(huì)引起熱降解的不符合實(shí)際狀態(tài)的加熱。國(guó)標(biāo)規(guī)定了配置濾光器的氙弧燈的輻照度在紫外波長(zhǎng)范圍內(nèi)的最小限值和最大限值，以配置日光濾光器的氙弧燈為例，要檢測(cè)一個(gè)特定濾光器或?yàn)V光器組是否符合國(guó)標(biāo)要求，應(yīng)測(cè)量250nm~400nm的光譜輻照度，然后將每一帶寬內(nèi)的總輻照度相加，再除以290nm~400nm間的總輻照度，得到每一帶寬內(nèi)的光譜輻照度百分比。對(duì)于任意的單獨(dú)的光譜輻照度分布，每一帶寬內(nèi)計(jì)算得到的百分比應(yīng)在給定的最小限值和最大限值之間，各帶寬計(jì)算得到的百分比相加之和為100%.實(shí)驗(yàn)室光源的輻照度要求具有均勻性，樣品暴露面上任意位置的輻照度至少應(yīng)為該暴露面最高輻照度的80%,如果不能滿足，應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行周期性換位。
3 試驗(yàn)條件的選取。
塑 料 氙 燈 老 化 試 驗(yàn) 暴 露 的 方 式有使用日光濾光器的暴露（人工氣候老化）和窗玻璃濾光器的暴露兩種。日光濾光器的暴露周期為102min干燥和18min噴淋，暴露的輻照度分為寬帶300nm~400nm和窄帶340nm條件下兩種。窗玻璃濾光器的暴露周期為持續(xù)干燥，暴露的輻照度分為寬帶300nm~400nm和窄帶420nm條件下兩種。對(duì)于溫度的控制，國(guó)標(biāo)中規(guī)定可以使用黑標(biāo)溫度計(jì)和黑板溫度計(jì)，黑標(biāo)溫度計(jì)適用于仲裁試驗(yàn)，常規(guī)試驗(yàn)可使用黑板溫度計(jì)代替，但通常情況下黑板溫度計(jì)會(huì)比黑標(biāo)溫度計(jì)顯示的溫度低3℃~12℃，試驗(yàn)箱中的溫度和濕度可根據(jù)國(guó)標(biāo)進(jìn)行控制，也可由供需雙方協(xié)商不進(jìn)行控制。以汽車內(nèi)飾件和外飾件為例，內(nèi)飾件如儀表板、遮陽(yáng)板，根據(jù)實(shí)際使用狀況是在車內(nèi)環(huán)境下，陽(yáng)光通過(guò)玻璃窗照射在內(nèi)飾件上，而且是持續(xù)干燥的狀態(tài)，不存在雨水噴淋，所以應(yīng)該選取窗玻璃濾光器的暴露，輻照度根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備配置的傳感器進(jìn)行選取，黑板溫度根據(jù)通常條件下的最惡劣的環(huán)境溫度可選取63℃±3℃，箱內(nèi)溫濕度是否需要控制可根據(jù)供需雙方協(xié)商確定。汽車外飾件，如后視鏡、擋泥板、保險(xiǎn)杠是直接暴露在陽(yáng)光照射下，在自然環(huán)境中存在光照和光照加雨水噴淋交替存在的情況，應(yīng)該選取日光濾光器的暴露，輻照度根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備配置的傳感器進(jìn)行選取，黑板溫度根據(jù)通常條件下的最惡劣的環(huán)境溫度可選取63℃±3℃，箱內(nèi)溫濕度是否需要控制可根據(jù)供需雙方協(xié)商確定。
4 試驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算方法。
根據(jù)試驗(yàn)需要的暴露方式和帶寬確定要使用的輻照度，可以計(jì)算出試驗(yàn)需要的總時(shí)間或者總輻射暴露量。以使用日光濾光器的暴露，窄帶340nm為例，通過(guò)國(guó)標(biāo)中查表可確定輻照度為0.51W/（m2·nm），已知總暴露時(shí)間為1000h,需要計(jì)算總輻射暴露量，計(jì)算方法為：0.51W/（m2·nm）=0.51J/s·m2,1000h×3600×0.51J/s·m2=1836000J/m2.在規(guī)定了總輻射暴露量的前提下，需要計(jì)算總的試驗(yàn)時(shí)間，也可以通過(guò)上述公式進(jìn)行反算即可。
結(jié)語(yǔ)
塑料氙燈老化試驗(yàn)要確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室光源的光譜輻照度在國(guó)標(biāo)要求的范圍內(nèi)，根據(jù)樣品實(shí)際使用狀況選取相應(yīng)的試驗(yàn)條件，確定要使用的輻照度，正確計(jì)算試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行，得出試驗(yàn)結(jié)果才真實(shí)有效。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 16422.2-2014,塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第 2 部分：氙弧燈 [S].
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