太(tài)陽光對產品有何影響?
氣候和陽光輻照是損害塗料、塑料、油墨及(jí)其他 高分子材料的主要原因,這種損害包括失光、褪色、 黃變、開裂、脫皮、脆化、強度(dù)降低及分層。即使是室 內的光及通過玻璃窗透射的太陽光也都會使一些材 料老化,比如引起(qǐ)顏料、染料等褪色或變色。由於太陽輻射具有熱輻射和光化學效應的雙(shuāng)重作用,因此高溫試驗不能替代太陽輻射試驗,純粹的紫外輻射和紅外輻射也不能(néng)代替太陽輻射試驗。
紫外光譜與太陽光譜的區別
紫外光是電磁波譜中波長從0.01~0.40微米輻射的(de)總稱,不能(néng)引起人們的視覺。紫外光(guāng)被劃分為(wéi)A 射線、B 射線和C 射線(簡稱UVA、UVB 和UVC),波長範(fàn)圍分別為400-315nm,315-280nm,280-190nm。
太陽輻射主要集中在可見光部分(0.4~0.76μm),波(bō)長大於可(kě)見光的紅外線(xiàn)(>0.76μm)和小於可見光的紫外(wài)線(<0.4μm)的部分少。在全部輻射能中,波長在0.15~4μm之間的占99%以上,且主要分布在可見光區和(hé)紅、紫外(wài)區,可見光區占太陽(yáng)輻射總能量的約50%,紅外(wài)區占約43%,紫外區的太陽輻射能很少,隻占總量的約7%。
簡單說,太陽光輻射覆蓋(gài)的範圍更全麵。
光照輻(fú)射老化(huà)測試
光照輻射一般(bān)分為戶外暴曬測試和人工加速老化測試兩大類。戶外暴曬,顧名思(sī)義就是把待測樣品暴露在(zài)自(zì)然條件下,充分(fèn)享受上天的陽光與雨(yǔ)露的恩澤,來驗證材料的性能。這種方式(shì)的好處就是測試(shì)結果更接近於真實情況,而且便宜(yí)、易(yì)於操(cāo)作。在美國的佛羅裏達(dá)和亞利桑那就有大型的戶外暴曬試驗場。
佛羅裏達(dá)州(zhōu)和亞利桑那的亞熱帶老化曝曬(shài)不僅是真實的,也是加速的(de)。佛羅裏達州一年的陽(yáng)光可產(chǎn)生在其他地方進行(háng)好幾年的老化(huà)。佛羅裏達測試場陽光輻(fú)照強度大, 每年的紫外線強、全年高溫、雨量充沛(pèi)且濕度高。正是這種紫外線、濕度和高溫的協同效應使邁阿密成為戶外環(huán)境中測試材料耐(nài)久性的(de)理想之地。 這種(zhǒng)陽光充足、潮濕和溫暖的極端氣候已證明對某些類型的測試特別有用,包括:
顏色變化、褪色(sè)和(hé)光(guāng)澤損失
開裂、剝落、粉化和起(qǐ)泡
機械的強(qiáng)度損失和物理降解
濕度敏感性產品如塗料、建築材料、以及一些塑料
生物(wù)降解,包括黴、黴菌、真菌和藻類
加速腐(fǔ)蝕(shí)測試
各(gè)種不同的曝曬技術(shù)
在佛羅裏達,各種樣品安裝和曝曬技術可(kě)用於自然和戶外加速曝曬測(cè)試:
直接曝(pù)曬(shài):
直接曝曬用於測試許多戶外用材,如(rú)工業塗料等。 把樣品牢固安裝(zhuāng)好(hǎo),讓前表麵朝向太(tài)陽。不同的曝曬角度(dù)和安裝方法適合不同的應用。
玻璃框下曝曬:
這種曝曬方式用於測試室內材料,如紡織品和印刷油墨等。樣品放置在(zài)3毫米厚的玻璃下麵,玻璃將過濾掉短波紫外線。曝曬通常以45度角進行。
黑(hēi)箱曝曬:
這些測試可再現車輛水平表麵(miàn)上的狀況(kuàng),包括高溫和(hé)潮濕。 玻(bō)璃黑箱下(xià)的曝(pù)曬適用於(yú)測試(shì)汽車內飾材料。
AIM 箱 (汽車內飾材料):
這種玻璃(lí)下曝曬可模擬汽車內部環境和適合安裝較大部件(如儀表板)。 AIM箱有太陽跟(gēn)蹤功能。
鹽霧加速戶外腐蝕:
鹽霧直接(jiē)曝曬(shài)可以產生快速而真實的腐蝕,尤其是對有塗層的金屬。
黴菌測試:
在佛羅裏達進行的曝曬測試中(zhōng),麵板通常是朝北90度(dù)角,垂直放置以減少陽光(guāng),降低表麵溫度並增加濕度。. 此外,樣品可放在植被附近或植被下(xià)麵,以促進黴(méi)菌生長(zhǎng)。
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但是(shì)大部分(fèn)製造商不(bú)願意等上幾年的時間來觀察一種新的改良的(de)產品(pǐn)設計是否真的得到改進,所以室內人工(gōng)加速老化的方式是大家更能接受的(de),畢竟時間(jiān)就是(shì)金(jīn)錢,加班熬夜都(dōu)是為了項目趕進度。人工加速老化又基本(běn)分為:紫外輻射老化測試和模擬太陽光譜輻射老化測試(shì)。
紫外輻射(shè)與太陽光輻(fú)射測試的區別
現實工作中,進行上述測試都是參(cān)照相關的標準來執行。常見的標準,比如有:ASTM G154(使用熒光紫外線(xiàn)設備對非金屬材料進行曝露的測試方法),ASTM G155(使用氙弧燈(dēng)設備對非金屬材料進(jìn)行曝露的測試方法)以及GB2423.24(模擬地麵上的太陽輻射):等同IEC60068-2-5。
整理部分標準清單如下:
人工加(jiā)速光(guāng)老化試驗
氙(xiān)弧燈老化試驗(ASTMG155,ASTMD4459,ASTMD2565,ASTMD6695,ISO4892-2,ISO11341,ISO105-B02,ISO105-B04,ISO105-B06,ISO4665,ISO3917,GB/T1865,GB/T16422.2,SAEJ2412,SAEJ2527等)
氙燈測(cè)試(高(gāo)輻照度試驗(ASTMG155,NESM0135中1-2-1A,2-2-1,NESM0141等)
熒光紫外燈老化(huà)試驗(ASTMG154,ASTMD4329,ASTMD499,ASTM D5208,ASTMD4587,ISO 4892-3,ISO11507,SAEJ2020,GB/T16422.3,GB/T14522等)
金屬鹵素燈老化試驗(DIN75220,IEC60068-2-5,ISO9022-9,ISO12097-2,MILSTD810F等)
紅外燈老(lǎo)化(huà)試驗(NES M0131,PV2005等)
陽光碳弧(hú)燈老化試驗箱(GB/T16422.4、ISO4892-4、ASTMG152、JIS B7753、JIS D0205等)
紫外(wài)碳弧燈老化(huà)試驗箱(JIS L0842 2004、AATCC16方法1、JISA1415 1999,TSL0601G等
紫外輻射
根據ASTM G154的介(jiè)紹,UV(紫外)不能模擬全光譜(pǔ)太陽光。它(tā)的(de)原理(lǐ)是,對於曝露在室外的經久耐用(yòng)的(de)材料,紫外線的短波段波長(zhǎng)300~400nm 是(shì)引起老化損(sǔn)害的主要原因。從下(xià)圖可以看出(chū),在紫外線(xiàn)的短波區域,即從365nm 到太陽光的波段,UV熒光燈能很好地模擬太(tài)陽光,然(rán)而,對於長一點的波(bō)長它將無能為力。
UV測試主(zhǔ)要(yào)使(shǐ)用熒光燈紫外燈來模擬紫外光測試,根據光譜能(néng)量分布來(lái)看,UV燈分為:UVA-340,UVA-351和UVB-313。
UVA-340:主要用途(tú)是模擬太陽光(guāng)紫外部分中(zhōng)的中短波長範(fàn)圍,一般用於戶外產品的光老化試(shì)驗。
UVA-351:主要用途是模擬經過窗玻璃過濾後的太陽光紫外部(bù)分(fèn)中的中短波長範圍,一般用於(yú)室內產品。
UVB-313:它們發射出相當多的300nm以下的輻照,而300nm為名義(yì)上的太陽輻照的截至波長。這將會引發一(yī)些在戶外不會發生的老化現象。不(bú)推薦使(shǐ)用這種燈來模擬太陽光(guāng)。這種(zhǒng)測試主要廣泛用於加速材料(liào)的耐久性測試,作為兩種或以上材料的定性對比。
UVA-340的輻照度:
0.68W/m^2@340nm相當於夏季正午的陽光(guāng),得到快速效(xiào)果。
1.38W/m^2@340nm兩倍(bèi)於太(tài)陽值,得到快(kuài)速效果(guǒ)。
0.35W/m^2@340nm相(xiàng)當於三月/九月的日光,適合普通測試或較低UV光強的測試。
其他一些常(cháng)見UV測試標準如:ISO4892.3,GB16422.3,也都UV測試有比較詳(xiáng)細的介紹.但(dàn)是哪種標準合適,還要根據產品要求,客戶要求來衡量(liàng).
太陽光輻射
由於UV測試沒有考慮到太陽光譜(pǔ)中的可見光和紅外部分,所以很多國家的標準都比較推薦太陽光的輻射測試,比如ASTM G155,GB2423.24,IEC60068-2-5等。氙弧燈(Xenon Arc )是常見的用來模擬太陽光譜的光源,它(tā)可好地模太陽光的所有光譜,可產生紫外線、可見光和紅外線。
IEC60068-2-5和(hé)GB2423.24標準(zhǔn)中有明確的測試要求,但是跟ASTM
G155的明(míng)顯區別就是沒(méi)有對光源的濾光裝置進行說(shuō)明.
總輻射能量為1.12KW/m^2+/-10%,試驗程序有三種:
A:其(qí)試驗條(tiáo)件接近於嚴酷的自然條件,主要用於評價太陽輻射對產品產生的熱效(xiào)應.
B:每循環的光(guāng)照時間比A長,適合於評價太(tài)陽輻射對產品產生的綜合效應(兼顧熱效應和光化學效應).
C:一種經過簡化的試驗,忽略(luè)了周期性熱應力對產品產生(shēng)的影響效應(yīng),因此一般隻適用於評價太陽輻射對產品產生的光化學效應,而不(bú)適用於評價太陽輻射對產品產生(shēng)的熱效應.
ASTM G155 中寫道,雖(suī)然氙弧燈能發出的光譜非常接近太陽(yáng)光的光譜,但是它同時也發射出低至270nm的短(duǎn)波紫外(wài)光,以至於不能很好的模擬地(dì)球表麵自然暴(bào)露.因此,氙弧光燈產生(shēng)的光(guāng)譜必須經過過濾來減少不(bú)需要的(de)光譜成分,使用不同類型的玻璃(lí)濾光(guāng)器可得到不同(tóng)的光譜。濾(lǜ)光器的使用取決於被測材料和材料的終使用條件,不(bú)同過濾器過濾的光譜中紫外線短波段的(de)量不同,這將在很大程度(dù)上影響老化的速度和類型。經常(cháng)使用的濾光器有3種類(lèi)型:日光、窗玻璃、紫外延伸過濾器。
日光過濾器通常被用來(lái)模擬戶外暴露。窗玻(bō)璃被設計用(yòng)來測試室內光穩定性(xìng),這(zhè)種過濾器產生的一種光譜與透過玻璃的太陽(yáng)光光譜非常相似(sì)。某些(xiē)測試標準要求一種光譜包含短波紫外線(xiàn),比(bǐ)太陽短波截止點(295nm)還短的波長,擴展紫外線(xiàn)過濾器過(guò)濾器提供這種光譜。盡(jìn)管這種過濾器提供不切實際的紫外線短波段,但它們往往提供更快的測試(shì)結(jié)果。