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氙灯曝晒结果:Q-Sun 与转鼓式试验箱之间的比较

发布于:2012-11-09T10:11:35 阅读次数:3750

本文研究平板式氙灯试验箱是否能提供与旧的转鼓式氙灯试验箱相同的试验结果.最终目的,是对以性能为基础的标准,在实际应用中的有效性进行评估。我们测试了9种不同的材料,它们涉及多种材料种类和降解模式.在平板式和转鼓式氙灯曝晒之间得到了很好的一致性.这些结果显示,只要可比较的过滤器系统和曝晒条件被正确地定义和执行,以性能为基础的测试方法是有效的.无论哪种型号或制造商,两种试验箱几乎所有的曝晒结果之间的差异都在可接受的正常变化范围之内.

背景

过去,大多数氙灯老化和光稳定性试验箱的设计是,灯管位于测试箱的中心,而一个圆柱形样品架载着样品像旋转木马一样围绕光源旋转。这种样品安装系统通常被称为“旋转鼓”,并在第一次世界大战后以碳弧耐光试验箱的形式问世。转鼓式试验箱有许多制造厂家和多种类型及型号。一些旋转鼓带有直边,另一些则有几层,以各种角度向光源倾斜,以图增进辐照度的均匀性。列于附录A.1的不同的制造商和型号选用不同的系统和方法以控制辐照强度和均匀性、黑板温度、箱体空气温度、温度均匀性、相对湿度和气流速度等关键测试参数。最近,平板样品安装系统的Q-Sun氙灯试验箱问世(见附录A.2)。如同旧的转鼓式试验箱,这些平板试验箱使用多种方法来控制测试条件

“以性能为基础” 的标准

现在市场上已经有很多类型的氙灯试验箱,因此包括 ISO 和 ASTM 在内的大多数技术组织鼓励开发以性能为基础的测试方法和测试程序。这些方法描述了测试条件(如辐照度、光谱、温度和湿度等)以及可以接受的性能范围,而没有要求必须使用哪种设备或对硬件构造加以要求。这些新的测试方法正在取代旧的对硬件(如水冷灯管还是气冷灯管)加以要求的测试方法。旧的以硬件为基础的测试方法,与当时缺乏可行的技术以对关键测试条件进行精确测量和控制有关。由于我们不能充分地描述曝晒条件的特点,我们制定了简单描述这些测试装置的方法。这一方法寄希望于,通过使用同样(或非常类似)的硬件,能够将测试样品曝晒在同样的条件下并得到相同的结果。不幸的是,这种方法并非总是有效的。
旧的以硬件为基础的测试方法还阻碍技术创新和进步,因为它们把用户局限在“我们以前一直是这样做的”。改进的技术和参数控制被自动否决。在一些极端情况下,一些以硬件为基础的测试方法实际上指定的硬件是早已过时的或不再销售的。
新的以性能为基础的测试方法很明显对用户有利。它们详细定义了曝晒条件。确保了在技术和参数控制方面的改进。最后,它们鼓励竞争(这会降低用户成本)。这些以性能为基础的方法包括 ISO 4892,ISO11341,ASTMG151 以及 ASTM G155。

实验室老化试验箱之间的固有差异

当我们比较两个试验箱的结果时,即使结果来自同一制造商的同一型号,甚至测试是在同一个实验室由同一个人进行操作的,我们仍会发现曝晒结果之间存在差异这会使那些理所当然地认为结果不会有差异的科学家感到失望。然而,这是当前技术的局限性所造成的。
由ASTM G03老化和耐候性委员会进行的一项研究,对由同一制造商生产的不同型号的氙灯试验箱的测试结果的一致性进行了比较。研究发现,当被测材料按“与其它材料或标准样品的性能进行排序比较时”(ASTM G151),测试结果之间存在极好的一致性。然而, 即使使用制造商生产的相同型号的设备,“不同的实验室使用相同的测试装置和曝晒循环,所得到的结果的绝对值却有很大差异” (根据ASTM G151 精度和偏差声明)。这些结果的详细信息,请参阅 Fischer (1993) 以及 Foisher 和 Ketola(1995 ) 的论文。

ASTM 关于试验箱存在内在差异性的结论,得到了SAE/IFAI 纺织品和弹性塑料委员会的证实。SAE/IFAI 对每一批次的SAE J1960 和 J1885 用聚苯乙烯标样设定性能极限。其中一些测试结果会在本文中加以讨论。结论是:很不幸,没有一个完美的测试结果,可变性是不可避免的。

研究目的

本文研究平板式氙灯试验箱是否能提供与旧的转鼓式氙灯试验箱相同的试验结果。最终目的,是对以性能为基础的标准,在实际应用中的有效性进行评估。

为了确定转鼓式样品架与平板式样品架的氙灯曝晒方面的相关性,我们对 9 种不同类型的材料进行了对比测试。

本文将对一系列测试结果进行比较和总结。它将证明,只要关键的曝晒参数得到合理控制,以性能为基础的方法就可以得到适当的结果。研究使用了不同型号的平板式 Q-Sun 氙灯试验箱,并且与Atlas 转鼓式试验箱的多种型号的结果进行了比较。结果显示,只要使用可比较的过滤系统和曝晒条件,Q-Sun 基本上可产生与Atlas 试验箱相同的结果。