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水冷和風冷氙燈試驗箱區別對比

2017-04-19 09:47:20
水冷和風冷氙燈試驗箱區別對比

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本文討論兩種常見計量泵流量試驗機的、不同類型、測試條件1致的氙燈實驗箱。詳述了其不同的配置對光譜、輻照度控制、顧慮器類型、濕潤、濕度控制、溫度控制和校準等的影響。論述了樣品安置、裝備保護保養等實際操作方面的問題和老化測試標準。全球每一年因老化而釀成的產品損失達熟億美元,材料的老化包括推色、失光、氧化、開裂、粉化和強度降落等現象。目前,評價材料的老化主要通過2種方法:戶外暴曬和人工加速老化。其中人工加速老化主要有開放式碳弧等、紫外光和氙弧等。文中主要討論2種經常使用的氙燈實驗箱。
(水三體磨損試驗機冷)和(風冷)氙燈實驗箱區分對照
(水冷)和(風冷)氙燈實驗箱1918年,世界上出現了第1臺旋轉鼓式氙燈老化實驗箱,它使用1個碳弧燈作為光源,光源或燈管垂直放置在儀器的中央,周圍帶有1個過濾系統。測試樣品面向光源安裝,并像轉達帶1樣圍繞中心燈旋轉。自第1場世界大戰以來,這類實驗箱也不斷地改進,但其基本設計原理1直沒有改變。最為常見的實驗箱的燈管冷卻系統采取水冷卻,這類類型的水冷氙弧實驗箱被稱為“旋轉鼓型”。今年來,出現了新型的靜態樣品安置的氙燈實驗箱,在測試室的頂部安裝了1個或多個氣冷氙燈管。在這1系統中,過濾器是平板型的,且被置于燈管下部,同時在測試室的頂部和側部裝有反射系統以增強輻照度的均勻性。測試樣品被安裝在燈管下方的樣品盤上。托盤稍微傾斜小角度,以便使水流走,這類類型的實驗箱被稱為“平板型”。 不管哪一種類型的實驗箱,都帶有控制光線強度“輻照度”、溫度和相對濕度的控制系統, 氙燈實驗箱廣泛用來測試材料和產品的光穩定性和抗老化性,由于氙弧燈發出的光譜很接近完全的包括紫外線(UV)、可視光和紅外線(IR)太陽光譜。為取得準確的,重復性好的測試結果,所有的光穩定性或老化性能測試必須控制光線的質量,光強的改變則會影響材料破壞速度,面光譜能量散布的改變則會影響材料降解的速度和類型。 氙弧燈的發射情況是比較復雜的,由于它牽扯幾個變量,包括過濾器傳輸、輻照度控制點、發光強度和燈管老化等。輻照度控制系統對光強和光譜都有影響。下面將分軌枕靜載試驗機別就氙燈實驗箱的幾個主要控制參數分別討論。1.1 光學過濾器 未經光的氙弧燈發射過量的短波紫外線,以致于不能很好的摹擬地球表面自然暴露,因此,實驗箱使用各種類型的過濾器來減少沒必要要的短波射線.過濾器的選擇取決于被測試的材料和使用環境.大多數過濾器型號都對光譜的短波部份進行有效地過濾. 平析型氙燈實驗箱給每個氣冷氙燈配備了1塊或多塊平面玻璃過濾器.水冷旋轉鼓式實驗箱使用不同的過濾系統,包括圍繞氙燈放置的圓柱形內\\外過濾器.期 目前,氙燈實驗箱中采取3種不同的過濾器系統.ASTM G155標準中,它們分別被命名為日光過濾器'窗玻璃過濾器和延伸紫外線過濾器。ISO標準使用不同的命名法。對日光光譜、透過窗玻璃的陽光光譜,ISO 11341 (顏料)中分別稱做“方法1”和“方法2”;ISO 4892⑵(塑料)中分別稱做“方法A”和“方法B”。ISO標準中沒有提到延伸紫外線光譜,但有幾個SAE標準則對此有要求。 這些過濾器之間的最重要的區分是短波紫外線傳輸和光譜截止點。不同數量的短波紫外線可顯著地影響降解的速度和類型。老化實驗箱的制造商常常使用他們自己的命名法來給各類過濾和過濾器系統命名。 日光過濾器是利用最為廣泛的氙燈過濾器,它可產生非常類似夏日下午陽光的光譜(有時稱作陽光最大值)。平板氙燈實驗箱的制造商把這1類型的過濾器簡稱作日光過濾器。可以產生類似的日光過濾作用的過濾器組合,稱作“硼硅酸鹽/硼硅酸鹽”(Boro/Boro)和“CIRA/碳酸石灰"。 太陽光、日光過濾器、Boro/Boro及CIRA/碳酸石灰的過濾器光譜能量散布,如圖3所示。大部份的過濾器都能很好地匹配太陽光的光譜。不同的過濾器在超短紫外波長區域有著顯著的差別。雖然平板日光過濾器和旋轉鼓式CIRA/SL過濾器都能很好地與陽光吻合,但旋轉鼓式Boro/Boro過濾器在280nm處有著不真實的低截止波長(遠比陽光的295nm截止點更加嚴格)。也就是意味著樣品所受的紫外光暴露遠短于實際的使用環境,他可以加速材料的老化,但其實不真實并可以致使1些材料的相干性問題。窗玻璃過濾器摹擬透過玻璃的太陽光譜,通經常使用于室內產品的老化測試。用于平板型氙燈實驗箱簡稱“窗玻璃過濾器”。用于旋轉鼓型實驗箱的過濾器則為“硼硅酸鹽/蘇達石灰”(也叫做Boro蘇達石灰,Boro/SL等)。圖4顯示了1個平板型和旋轉鼓式窗玻璃過濾器的SPD,與通過窗玻璃過濾的陽光進行的比較。兩種類型的窗玻璃過濾器都可很好地與通過窗玻璃的實際陽光吻合。 平板型窗玻璃過濾器在關鍵短波紫外線區域里更加真實1些。這1差異對1些材料的黃變和物理性能變化是非常重要的。退色和變色是暴露在室內的材料的最普通的問題。由于退色和變色通常為長波紫外線和可視光降解的結果,這1差異會嚴重地影響測試結果。1.2輻照度控制 任何類型的氙燈燈管的輸出都會隨著時間而衰減。先進的氙燈實驗箱使用1個反饋回路控制系統對此進行補償。有了該系統,操作人員可預設輻照度水平,而測試室中的輻照度傳感器對光線進行丈量。當燈管老化致使輸出衰減時,系統會通過增加氙燈的功率來進行自動補償。 理論上,光線強度可以在氙燈光譜的任意位置進行監控,但通過使用的只是為數不多的幾個波段。1般在材料最為敏感的光譜區域進行輻照度控制(例如,預計會出現降解的區域)。另外,輻照度控制點還因行業、利用的不同而改變。 340nm控制點廣泛利用于加速老化測試中,對戶外耐久性產品的老化測試老說,短波紫外線區域最具危險性。340nm的控制要求帶有1個設備有過濾器的紫外線傳感器,它只允許以340nm為中心的狹窄波段通過。通常,這對涂料、塑料、屋面材料等是理想的控制點。最多見的輻照度控制點是0.35或0.55W/㎡/nm@340nm. 420nm控制點1般與窗玻璃過濾器配套用于材料的室內光穩定性測試。對420nm的控制,要求紫外線傳感器設備有1個過濾器,它只允許以420nm為中心的紫外線窄帶通過。該系統測試的對象,通常是這些主要由長波紫外線和可視光造成破壞的材料。例如針織品中的燃料和色素、紙張和油墨。室內摹擬的最多見的輻照度設置點是1.10W/㎡/nm@鞋材吐霜試驗機420nm. 平板型和旋轉鼓型實驗箱通常裝有340nm或420nm窄帶輻照度控制系統。根據不同的型號。某些歐洲測試箱可以使用1個寬帶TUV(完全紫外線,300~400nm),或1個極寬帶完全輻照度傳感器(280~800nm).寬帶傳感器不會對紫外線的相對小的變化做出反應,這1非敏感性可能給由光譜短波紫外線部份驅動的關鍵降解機制帶來問題。 總而言之,平板型和旋轉鼓型實驗箱帶有高效、等量的反饋回路輻照度控制系統。建議定期更換燈管會減少燈管老化的影響。通過使用將輻照度控制在340nm或420nm的傳感器,在特定區域的光譜改變量會被進1步減小。1.3濕潤 平板型氙燈實驗箱和旋轉鼓型氙燈實驗箱都能通過向測試樣品噴淋水來摹擬戶外濕潤的效果。這1方法對摹擬熱沖擊或機械腐蝕特別有效。 在平板型氙燈實驗箱內,測試樣品被安裝在1個平面樣品托盤上,水平傾斜5℃。噴淋水能均勻地噴灑到樣品的表面,同時由于樣品放置接近水平,水不會很塊流走,使得樣品在全部濕潤循環周期中都保持濕潤。 旋轉鼓型氙燈實驗箱有1個噴淋條和噴嘴,當旋轉的樣品經過時,向其噴水。每分鐘內,樣品約有3s處于濕潤狀態。某些實驗箱裝有兩個噴淋條,可以在樣品的正反面同時噴水。由于樣品垂直放置,水會很快從表面流走。在濕潤間歇,樣品有可能在轉離噴淋位置后變干。1.4相對濕度控制 對許多材料而言,相對濕度(RH)的控制是很關鍵的,大多數的測試標準都有相對濕度控制的要求。旋轉鼓型氙燈實驗箱和平板型氙燈實驗箱都可以裝相對濕度控制系統。由于大量的空氣必須在測試室中活動以保持測試溫度,所以對相對濕度的精確度控制是比較困難的。要控變形率檢測試驗機制相對濕度,必須監控測試室空氣的溫度。1.5溫度控制 溫度控制是1個關鍵的卻常常被忽視的測試參數。旋轉鼓式和平板型實驗箱通常通過控制黑板溫度來控制測試環境。黑板溫度計是1塊涂有黑色涂層的金屬面板,它帶有附著在表面的溫度傳感元件,這些元件被稱作“非絕緣黑板”。兩種類型的實驗箱中都可裝有絕緣的黑板溫度計(在ISO標準中被叫做“黑標溫度”)。這些被裝在1個絕緣塑料座上,通常絕緣的黑板比非絕緣黑板高5℃~10℃. 許多旋轉鼓型和平板型的實驗箱型號都可以控制測試室環境溫度和黑板溫度。2 實際操作 1臺真正有用的氙燈實驗箱應當能夠提供測試所需的所有暴露條件,且同時恒應力水泥壓力試驗機還要斟酌其實際使用情況。另外,如果某個氙燈實驗箱,不管其技術有多先進,但他難于使用、購買、操作及保護的費用太高,它任不能算是有用的。2.1 樣品容量和占地面積 平板型實驗箱體積小巧,但其測試室的容量很多。它的暴露區域是501㎡(3232c㎡),這比類似“構造”的旋轉鼓型實驗箱多出了近50%的暴露區域。2.2樣品依照 平板型氙燈實驗箱的滑出式樣品盤,樣品的依照要比在旋轉鼓型的塊很多、容易很多、也靈活很多。依照盤可容納不同尺寸的平面板或3維樣品,例如部件、瓶子和試管等。平面樣品盤還可對測試在溫度升高時活動的材料、暴露在石化盤中的物資和在屋頂利用中的蓄池很有幫助。旋轉鼓型實驗箱只能對平面板進行立式依照。必須使用特制的固定器,以便將樣品掛在暴露夾上2.3 保護保養 平板型氙燈實驗箱保護保養方便,燈管的安裝和更換均很方便,且其過濾器無需更換。平時常常性的維修保護都可從裝備的正面進行。在旋轉鼓型是實驗箱中,水冷燈管和過濾器的更換很不方便,必須移開測試樣品以進行常規的燈管和過濾器更換。2.4(水冷)和(風冷)氙燈實驗箱區分對照 除光線,氙弧燈還會在可視光和IR射線產生很多熱量,這給操作和保護帶來了1定的問題。平板型實驗箱避免了因通過燈管夾排出大量的空氣而產生過量的熱量,這1簡單、經濟的裝置被稱為風冷。 旋轉鼓式使用水冷燈系統。由于水是極好的熱量傳導載體,因此旋轉鼓式燈可以在1個非常高的瓦數進行操作以產生高輻照度。水冷系統也有以下1些缺點。1燈管/過濾器裝置比較復雜,帶有內部、外部過濾器等。2冷卻水與高壓電流近似,所以,為安全起見,連接器的密封必須非常精確并高度耐用。3由于使用的特殊連接件,因此燈管非常昂貴。4冷卻水必須非常純凈以便減輕任何在燈管和過濾器上積聚的雜質。5冷卻水本身必須由1個冷卻器進行冷卻。6水泵有保護的需要。2.5 輻照度校準平板型的輻照度校準系統使用獨立的輻射計,校訂僅需要幾分鐘時間。要校準平板型傳感器,輻射計的傳感元件被置于安裝盤中通常放測試樣品的位置。其數據傳送電纜**入儀表盤前面的校準端口。當輻射計丈量燈管輸出并發送信號到面板上的控制系統時,只需1次按鍵便可完成校準,它自動相應地調理校準。在轉錄或調換數字進程中不會出現人為毛病。所有的校訂進程,都無需移動燈管或過濾器。在旋轉鼓型氙燈實驗箱中,輻照度校訂是1個多階段步驟,它必須使用1個特制的校準燈。1、多數測試樣品必須被移開。2、操作燈和過濾器必須被移開。3、必須安裝1個經校準的燈管。4、經校準燈管的輻照度必須與預定值(經校準的值)進行比較。5、操作員必須調理儀器以使丈量值與校準值1至。6、經校準的燈管必須被移開。7、操作燈和過濾器必須重新安裝。8、在暴露重新開始時,必須重新安裝測試樣品。3 測試標準(水冷)和(風冷)氙燈實驗箱區分對照
在過去10年中,幾近所有的主要測試標準都已由對基于硬件要求(如水冷燈管VS風冷燈管)描寫轉變成對基于性能的測試樣品暴露環境(亦即測試條件)的描寫。舊式標準的制定是由于當時缺少有效的技術去精確丈量和控制嚴格的測試條件。由于不能控制,所以我們的標準只能簡單的描寫裝置。希望曝曬實驗的樣品由于使用相同的硬件,能到達相同的應力和結果,但常常適得其反。 水冷和風冷氙燈試驗箱區別對比
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