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氙灯辐照试验重复性和再现性的保证方法

2014-1-11 09:42| 发布者: solartest| 查看: 17455| 评论: 0|原作者: 张志勇

摘要: 摘要:本文针对氙灯暴露试验方法,重点分析了在样品准备和氙灯暴露试验过程两方面影响试验结果再现性的因素,结合当前的设备技术水平,介绍了在这两方面保证试验结果良好再现性的措施,并进一步提出了未来在氙灯暴露 ...
       在ISO 105-B06:1998 条件3 规定的方法中,用ISO 蓝色羊毛标准6 褪色到灰色样卡3 级,相当于色差△ E*(CIELAB)等于4.3±0.4 时来控制试验的结束或一个试验周期的结束。而这一手段同样可以用来监控氙灯老化仪是否运行正常,在这个试验程序下,ISO 蓝色羊毛标准6 的色差△ E* 变化到4.3±0.4时需要的辐照量正常为280kJ/m2@420nm,当监控结果的实际辐照量与上述值相差明显,说明氙灯老化仪某些运行条件发生了改变,应查找原因。
       在标准SAE J2527 和SAE J2412 中,可以利用聚苯乙烯标准塑料片来监控氙灯暴露试验设备是否运行正常,聚苯乙烯标准塑料片是美国汽车工程协会(SAE)规定使用的一种标准物质,是一种特制的透明聚苯乙烯塑料片,其暴露后的△ b* 值与经受的光辐照量有确定的关系,表2 是批次8 聚苯乙烯标准塑料片的性能规范。

表2 批次8 聚苯乙烯标准塑料片在SAE J1960 和SAE J2527 条件下的性能规范

辐照量
(kJ/m2@340nm)

反射法△ b* 95% 容许区间
SAE J1960 , SAE J2527 表C1
光谱扩展紫外线滤光器

反射法△ b* 95% 容许区间
SAEJ2527 表C2
光谱日光滤光器

下限

目标值

上限

下限

目标值

上限

31.6

0.86

1.04

1.22

0.59

0.89

1.2

63.2

1.65

1.84

2.03

1.05

1.56

2.07

94.8

2.25

2.49

2.73

1.45

2.03

2.61

126.4

2.78

3.04

3.3

1.84

2.53

3.23

158. 0

3.25

3.54

3.83

2.28

2.96

3.64

189.6

3.79

4.11

4.43

2.44

3.35

4.26

221.2

4.16

4.6

5.04

2.77

3.75

4.73

252.8

4.62

5.1

5.57

3.14

4.21

5.27

284.4

5.1

5.64

6.19

3.35

4.5

5.65

316

5.46

6.09

6.73

3.79

4.93

6.06

347.6

6.08

6.68

7.28

4.1

5.48

6.87

379.2

6.54

7.21

7.88

4.07

5.78

7.5

410.8

7.06

7.78

8.5

4.5

6.27

8.03

442.4

7.38

8.27

9.15

4.77

6.65

8.52

474

7.9

8.77

9.64

4.89

6.72

8.44

505.6

8.43

9.38

10.32

5

7.03

9.18

      如果聚苯乙烯标准塑料片的试验结果超出了规定的范围,则说明设备的条件控制出现了问题,应查找故障。
       顺便指出的是,表2 的性能规范是美国汽车工程协会组织的联合试验得出的,这种试验都是按标准程序精心设计的,但表中数据还是可以看出,数据的分散性较大,差异最大的在最后一行,辐照量为505.6 kJ/m2 时,采用扩展紫外线滤光器条件的△ b* 值上下限之间相差1.89,而采用日光滤光器条件的△ b* 值上下限之间相差达到了4.18,可见,氙灯暴露试验的再现性还有很大的提升空间。
需要注意的是,不同批次的标准物质,其性能规范一般有差异,而且该性能规范只适用特定标准规定的条件,例如表2适用SAE J2527 的条件,但不适用ISO 4892-2 等其他标准规定的条件。而且,不同厂家生产的标准物质,有可能在某一标准规定的试验条件下表现出一致的性能变化,但在另一标准规定的试验条件下不一致。
##########NextPage##########6 设想和建议
       氙灯暴露试验是一项较复杂的试验,单就暴露过程而言,可变因素就很多,包括主要的条件参数光谱能量分布、辐照度、温度、相对湿度,还有一些标准未规定的参数如试验段之间转化的条件和时间、箱内的循环风速、喷洒水温等,限于现在的技术水平,上述因素都可能导致试验结果的再现性不好,即使试验按相关技术文件的要求进行了很好的控制,仍常常得不到满意的结果。在试验标准和设备的技术水平上都有待提高完善之处,以下是笔者的一些设想和建议。
       6.1 完善基于性能的标准
       氙灯暴露试验标准目前都向着基于性能的方向发展,摒弃了过去基于设备的规定,这无疑从一个基础的层面打开了允许竞争、促进试验设备技术进步的大门,具有积极意义。但同时要看到氙灯暴露试验的复杂性,在标准由基于设备转向基于性能的过渡阶段,标准的制定应该考虑更全面、更详细,原来基于设备的一些规定不能简单地省略,而一些默认的条件应该补充为标准的要求,以尽可能缩小不同厂家生产的设备在设计原理、结构、实现方式上的差异带来的影响。例如,试样的安装方式目前主要有两种,一种安装于围绕光源的转架上,一种是平放于光源下试验内箱的底部,两种方式会带来试样区域辐照的均匀性、喷洒水在试样上停留的时间等方面的差异,标准应对这些方面做出相应的规定。
       箱内循环空气主要是用来控制温度,其实,循环空气流速除了对温度有影响外,还有对试样的吹蚀作用,对试样表面实际相对湿度的影响,对试样表面喷洒水的风干效果等,限于现在的技术水平,现行标准对试验箱内的空气流速都未做出规定,而IEC 60068-2 环境试验方法标准一般都对空气流速有要求,这是氙灯暴露试验标准应予完善的地方。
       现行氙灯试验标准对试验段之间过渡阶段的条件也无要求,如温度变化速率、转化时间等都没有规定,实际试验时,这些参数完全依赖于使用的设备,不同设备的这些参数可能差异较大,这也是氙灯试验标准应考虑补充的方面。
       与上面提到的问题相关联的是试验室环境条件,试验室空气的温湿度条件对上述的试验箱内的循环风速、温度变化速率、试验段转化时间等都有影响,因此,相关标准或技术规范也应结合氙灯老化仪的技术状况对试验室的环境条件要求作出适当的规定。
       6.2 采用新技术提高氙灯试验设备条件参数控制的稳定性
       在试验设备的技术方面,虽然现在的氙灯暴露试验设备能够对辐照度进行自动控制,但也存在以下不足:局限于对某个单一波长(如340nm、420nm)的光或某一特定波长范围(如300nm~400nm、300nm~800nm)的光的辐照度进行测控,不能提供氙弧光谱中除控制的波段以外的其他波长光的辐照度值。但当今的技术已能够实现氙弧光的全光谱范围辐照度的测控,可以选择全光谱范围内任何波长或波长范围的光进行监控。因此,在未来的氙灯试验设备上,希望尽早采用这一技术,这样就可以自由选择感兴趣的波长或波长范围作为控制点,有针对性选择材料敏感的UV 波长直接控制,同时可以提供全光谱范围内氙弧光的辐照度数据,对于基于性能的标准,方便用户确认其所选择的滤光系统是否符合标准要求并能够准确知道何时需要更换滤光器,以控制光谱能量分布的改变在允许的范围内。辐照度测控系统的稳定性和耐久性也是亟待改进的地方,目前有些型号的氙灯需要频繁地校准功率和辐照度的测量系统,就是因为其电路参数容易漂移或光学部件的老化。校准虽然能一定程度地控制辐照度测量系统的变化,但毕竟是一种调整手段,而且会中断试验的连续性,带来额外的影响。如果能在测量系统电路参数及光学部件的设计和选材上采用新的技术来提高其稳定性和耐久性,则会带来根本性的改变:不再需要频繁地中断试验进行校准;可以更有信心地采用试验时间或辐照量来控制试验持续期,而不需要依赖标准物质来验证辐照度的准确性。


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