太陽光對產品有何影響?
氣候和陽光輻照是損(sǔn)害(hài)塗料、塑料、油墨及其他 高分子材料的主(zhǔ)要原因,這(zhè)種損害包括失光、褪色、 黃變、開裂、脫皮、脆(cuì)化、強度降低及分層。即使是室 內(nèi)的光及通過玻璃窗(chuāng)透射的太陽(yáng)光也都會使一些材 料老化,比如引起顏料、染料等(děng)褪色或變(biàn)色。由於太陽(yáng)輻(fú)射具有熱輻射和光化學效(xiào)應的雙重作用,因此高溫試驗不能替代太陽輻射試驗,純粹的紫外輻射和(hé)紅外輻射也不能代(dài)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(wēi)米輻射的總(zǒng)稱,不能引起人們的視覺。紫外光被劃(huá)分為(wéi)A 射線、B 射線和C 射線(簡稱UVA、UVB 和UVC),波長範圍分別為400-315nm,315-280nm,280-190nm。
太(tài)陽輻射主要(yào)集中在可見光部分(0.4~0.76μm),波長大於可見光的紅外線(>0.76μm)和小於可(kě)見光的紫外線(<0.4μm)的部分少。在全部輻射能中,波長(zhǎng)在0.15~4μm之(zhī)間的占99%以上,且(qiě)主要分布在可(kě)見光區和紅、紫外區,可見光區占太陽輻射(shè)總(zǒng)能量(liàng)的約50%,紅外區占約43%,紫(zǐ)外區的太陽輻射能很少,隻占總量(liàng)的約7%。
簡單說,太陽光輻射覆蓋的範圍更(gèng)全麵。
光照輻射老化(huà)測試
光照(zhào)輻射一般分為戶外暴曬測(cè)試和人工加速老化測(cè)試兩大(dà)類。戶外暴曬,顧(gù)名思義就(jiù)是把待測樣品暴露在自然條件下,充分享受上(shàng)天(tiān)的陽光與雨露的恩(ēn)澤,來驗證材料的(de)性能。這(zhè)種(zhǒng)方式(shì)的好處就是(shì)測試結果更接近於真實情況,而且便宜、易於操作。在美國(guó)的佛(fó)羅裏達和亞利桑那就有大型的戶外(wài)暴曬試驗(yàn)場。
佛羅裏達州和亞利桑(sāng)那的亞熱帶老(lǎo)化曝曬不僅是(shì)真實的,也是加速的。佛羅裏達州(zhōu)一年的陽光可產(chǎn)生在其他地方進行好(hǎo)幾年的老化。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(gāo)溫、雨量充沛且濕度高(gāo)。正是這種紫外線、濕度和(hé)高溫的協同效應使邁阿密(mì)成為戶外環境中測試材料耐久性的理想之地。 這種陽光充足、潮濕和溫暖的極端氣候已(yǐ)證明對某些類型的測試特別有用,包括:
顏色變(biàn)化、褪色和光澤(zé)損失
開裂、剝(bāo)落(luò)、粉化和起(qǐ)泡
機械的強度損失和物(wù)理降解
濕度敏感性產品如塗料、建築材料、以及一(yī)些(xiē)塑料
生物降解,包括黴、黴菌、真菌和藻類
加速腐蝕測試
各種(zhǒng)不同的曝(pù)曬(shài)技(jì)術
在佛羅裏達,各種樣品安(ān)裝和曝曬技術可用於自然和戶外加速曝曬測試:
直接曝曬:
直接曝曬用於(yú)測試許多戶外(wài)用材,如工業塗料等。 把樣品牢固(gù)安裝好,讓前表麵朝向太陽。不同的曝曬角度和安裝方法適合不同的應用。
玻璃框下曝(pù)曬:
這種曝曬方式用於測試(shì)室內材料,如紡織品和印刷(shuā)油(yóu)墨等。樣品放(fàng)置在3毫(háo)米厚的玻(bō)璃下麵,玻璃將過濾掉短波紫外線。曝曬通常以45度角進行。
黑箱(xiāng)曝曬:
這些測試可再現車輛水平表麵(miàn)上的狀況,包括高溫和(hé)潮濕(shī)。 玻(bō)璃黑(hēi)箱(xiāng)下(xià)的(de)曝曬適用於測試汽車內飾材料。
AIM 箱 (汽車內飾材料):
這種玻(bō)璃(lí)下曝(pù)曬可模擬汽車內部環境和適合安裝較大(dà)部件(如儀表板)。 AIM箱有太陽跟蹤功能。
鹽霧加速戶外腐(fǔ)蝕:
鹽霧直接曝曬可以產生快速而真實的(de)腐蝕,尤其是對有塗(tú)層的金屬。
黴菌測試:
在佛(fó)羅裏達進行的曝曬測試中,麵板通常是朝北90度角,垂直放置以減少(shǎo)陽光,降低表麵溫度並增加濕度。. 此(cǐ)外(wài),樣品可放在植被附近或植被下麵,以促進(jìn)黴菌生長。
就連傳統的醬油行業都在使用,好醬油是曬出來的,曬足180天。(注意:我們這裏不是醬油廣告,我們都是打醬油的)
但是大部分製造商不願(yuàn)意(yì)等上(shàng)幾年的時間來觀察一種新的改良的產品設計是否真的(de)得到改進,所以(yǐ)室內人工加速老化的方式是大家更能接(jiē)受的,畢竟時間就是金錢,加班熬夜都是為(wéi)了項目趕進度。人工加速老化又基(jī)本分為:紫外輻射老化測試和模擬太陽光譜輻射老化測試。
紫外(wài)輻射與太陽(yáng)光輻射測試的區別
現實工作中,進行上述測試都是參照相關的標準來執行。常見(jiàn)的標準,比如有:ASTM G154(使用(yòng)熒光紫外線設備對非(fēi)金(jīn)屬材料(liào)進行曝露的測試方(fāng)法),ASTM G155(使(shǐ)用氙弧燈設備(bèi)對非金屬材(cái)料進行曝露的測試方法)以及GB2423.24(模擬地麵上的太陽輻(fú)射):等同IEC60068-2-5。
整理部分(fèn)標準(zhǔn)清單如下:
人工加速(sù)光老化試驗
氙弧燈老化試驗(yàn)(ASTMG155,ASTMD4459,ASTMD2565,ASTMD6695,ISO4892-2,ISO11341,ISO105-B02,ISO105-B04,ISO105-B06,ISO4665,ISO3917,GB/T1865,GB/T16422.2,SAEJ2412,SAEJ2527等)
氙燈測試(高輻照度試驗(yàn)(ASTMG155,NESM0135中1-2-1A,2-2-1,NESM0141等)
熒光紫外燈老化試驗(ASTMG154,ASTMD4329,ASTMD499,ASTM D5208,ASTMD4587,ISO 4892-3,ISO11507,SAEJ2020,GB/T16422.3,GB/T14522等)
金屬鹵素燈(dēng)老化試驗(DIN75220,IEC60068-2-5,ISO9022-9,ISO12097-2,MILSTD810F等)
紅外燈老化試驗(NES M0131,PV2005等)
陽(yáng)光碳弧燈老化試驗箱(GB/T16422.4、ISO4892-4、ASTMG152、JIS B7753、JIS D0205等)
紫(zǐ)外碳弧燈老化試驗箱(xiāng)(JIS L0842 2004、AATCC16方法1、JISA1415 1999,TSL0601G等
紫外輻射
根據ASTM G154的介紹,UV(紫外)不能模擬(nǐ)全光譜太陽光。它的原理是,對於曝露(lù)在室外(wài)的經久耐用的材料,紫外線的短波段波長300~400nm 是引起老化損害的主要原因。從下圖可(kě)以(yǐ)看出,在紫外線的短波區域,即從365nm 到太陽(yáng)光的波段,UV熒光燈能很好地模擬太陽光(guāng),然而,對於長一點的(de)波(bō)長它將無能為力。
UV測試主(zhǔ)要使用熒光燈紫外燈來(lái)模擬紫外光測試,根據光譜能量分布來看,UV燈分(fèn)為:UVA-340,UVA-351和UVB-313。
UVA-340:主要用途是模擬太陽光紫外部分中的中短波長範圍,一般用於戶外產品的光老(lǎo)化試驗。
UVA-351:主要用途是模擬經過窗玻璃(lí)過濾(lǜ)後(hòu)的太陽光紫外(wài)部分中的(de)中短波長範圍,一般用於室內產品。
UVB-313:它們發(fā)射出相當多的300nm以下的輻照,而300nm為名義上的太陽(yáng)輻照的截至波長(zhǎng)。這將會引發一些在戶外不會發生的老化現(xiàn)象(xiàng)。不推薦(jiàn)使用這種燈來(lái)模擬太陽光。這種測試主要(yào)廣泛用於加速材料的耐久性測試(shì),作為兩種或以上(shàng)材料的定性對比。
UVA-340的輻照(zhào)度:
0.68W/m^2@340nm相當於夏季正午的陽(yáng)光,得(dé)到快速效果。
1.38W/m^2@340nm兩倍於太陽值,得(dé)到快速(sù)效果。
0.35W/m^2@340nm相當於三月/九月的日光,適合普通測試或較低UV光(guāng)強的測試。
其他一些常見UV測試標準如:ISO4892.3,GB16422.3,也都UV測試(shì)有(yǒu)比較詳細的介(jiè)紹.但是哪種標準合適(shì),還要根據產(chǎn)品要求(qiú),客戶要求來衡量.
太陽光輻射
由於UV測試(shì)沒(méi)有考慮到太陽光譜中的(de)可見光和紅外部分,所以很(hěn)多國家的標準都比(bǐ)較(jiào)推薦太陽(yáng)光的輻射(shè)測試,比如ASTM G155,GB2423.24,IEC60068-2-5等。氙弧燈(Xenon Arc )是常見的用(yòng)來(lái)模擬太陽光譜(pǔ)的光源,它(tā)可(kě)好(hǎo)地模太陽光的所有光譜,可產生紫外線(xiàn)、可見光和紅(hóng)外線。
IEC60068-2-5和GB2423.24標準(zhǔn)中有明確的測試要求,但是跟ASTM
G155的明顯區別就是沒有(yǒu)對光源的濾(lǜ)光裝置進行說明(míng).
總輻射(shè)能量為1.12KW/m^2+/-10%,試驗程序有三種:
A:其試驗條件(jiàn)接近於嚴酷的自然條件,主要用(yòng)於評價太陽輻射對產品(pǐn)產生(shēng)的熱效應.
B:每循環的光照時間比A長,適合於評價太陽輻射對產品產(chǎn)生的綜合效應(兼顧(gù)熱效應和光化學效應).
C:一種經(jīng)過簡化的試驗(yàn),忽略了(le)周期性熱應力對產品產生的(de)影響效應,因此一(yī)般隻適用於評(píng)價太陽輻射對產品(pǐn)產生的光化(huà)學效應(yīng),而不適(shì)用於評價太陽輻射對(duì)產品產(chǎn)生(shēng)的熱(rè)效應.
ASTM G155 中寫道,雖然氙(xiān)弧燈能發出的光譜非常接近太陽光的(de)光譜,但是它同時也發射出低至270nm的短波紫外光,以至於不能很好的模擬地球表麵自然暴露.因此,氙弧光燈產生的光譜必須經過過濾來減少不需要的光譜成分,使用不同類型的玻璃濾光器可得到不同的光譜。濾光器的使用取(qǔ)決於被測材料和材料的終使用條件,不同過濾器過(guò)濾的(de)光譜中紫外線短波段的量不同,這將在很大(dà)程度上影響老化的速度和類型。經常使用的濾光器有3種類型:日光、窗玻璃、紫外延伸過濾器。
日(rì)光過濾(lǜ)器通常被用來模擬(nǐ)戶外(wài)暴露。窗玻璃被設計用來測試室內光穩定性,這種(zhǒng)過濾器產(chǎn)生的一種光譜(pǔ)與透過玻璃的太陽光光譜非常相似。某(mǒu)些測試標準要求一種光(guāng)譜(pǔ)包含短波紫外線,比太(tài)陽(yáng)短波截止(zhǐ)點(295nm)還短的波長,擴展紫外線過濾器過濾器提(tí)供這種光譜(pǔ)。盡管這種過(guò)濾器提供不切(qiē)實際的紫外線短波段,但它(tā)們往往(wǎng)提供更快的(de)測試結果。