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氙燈曝曬結果:Q-Sun 與轉鼓式試驗箱之間的比較

發布于:2012-11-09T10:11:35 閱讀次數:5484

本文研究平板式氙燈試驗箱是否能提供與舊的轉鼓式氙燈試驗箱相同的試驗結果.最終目的,是對以性能為基礎的標準,在實際應用中的有效性進行評估。我們測試了9種不同的材料,它們涉及多種材料種類和降解模式.在平板式和轉鼓式氙燈曝曬之間得到了很好的一致性.這些結果顯示,只要可比較的過濾器系統和曝曬條件被正確地定義和執行,以性能為基礎的測試方法是有效的.無論哪種型號或制造商,兩種試驗箱幾乎所有的曝曬結果之間的差異都在可接受的正常變化范圍之內.

背景

過去,大多數氙燈老化和光穩定性試驗箱的設計是,燈管位于測試箱的中心,而一個圓柱形樣品架載著樣品像旋轉木馬一樣圍繞光源旋轉。這種樣品安裝系統通常被稱為“旋轉鼓”,并在第一次世界大戰后以碳弧耐光試驗箱的形式問世。轉鼓式試驗箱有許多制造廠家和多種類型及型號。一些旋轉鼓帶有直邊,另一些則有幾層,以各種角度向光源傾斜,以圖增進輻照度的均勻性。列于附錄A.1的不同的制造商和型號選用不同的系統和方法以控制輻照強度和均勻性、黑板溫度、箱體空氣溫度、溫度均勻性、相對濕度和氣流速度等關鍵測試參數。最近,平板樣品安裝系統的Q-Sun氙燈試驗箱問世(見附錄A.2)。如同舊的轉鼓式試驗箱,這些平板試驗箱使用多種方法來控制測試條件

“以性能為基礎” 的標準

現在市場上已經有很多類型的氙燈試驗箱,因此包括 ISO 和 ASTM 在內的大多數技術組織鼓勵開發以性能為基礎的測試方法和測試程序。這些方法描述了測試條件(如輻照度、光譜、溫度和濕度等)以及可以接受的性能范圍,而沒有要求必須使用哪種設備或對硬件構造加以要求。這些新的測試方法正在取代舊的對硬件(如水冷燈管還是氣冷燈管)加以要求的測試方法。舊的以硬件為基礎的測試方法,與當時缺乏可行的技術以對關鍵測試條件進行精確測量和控制有關。由于我們不能充分地描述曝曬條件的特點,我們制定了簡單描述這些測試裝置的方法。這一方法寄希望于,通過使用同樣(或非常類似)的硬件,能夠將測試樣品曝曬在同樣的條件下并得到相同的結果。不幸的是,這種方法并非總是有效的。
舊的以硬件為基礎的測試方法還阻礙技術創新和進步,因為它們把用戶局限在“我們以前一直是這樣做的”。改進的技術和參數控制被自動否決。在一些極端情況下,一些以硬件為基礎的測試方法實際上指定的硬件是早已過時的或不再銷售的。
新的以性能為基礎的測試方法很明顯對用戶有利。它們詳細定義了曝曬條件。確保了在技術和參數控制方面的改進。最后,它們鼓勵競爭(這會降低用戶成本)。這些以性能為基礎的方法包括 ISO 4892,ISO11341,ASTMG151 以及 ASTM G155。

實驗室老化試驗箱之間的固有差異

當我們比較兩個試驗箱的結果時,即使結果來自同一制造商的同一型號,甚至測試是在同一個實驗室由同一個人進行操作的,我們仍會發現曝曬結果之間存在差異這會使那些理所當然地認為結果不會有差異的科學家感到失望。然而,這是當前技術的局限性所造成的。
由ASTM G03老化和耐候性委員會進行的一項研究,對由同一制造商生產的不同型號的氙燈試驗箱的測試結果的一致性進行了比較。研究發現,當被測材料按“與其它材料或標準樣品的性能進行排序比較時”(ASTM G151),測試結果之間存在極好的一致性。然而, 即使使用制造商生產的相同型號的設備,“不同的實驗室使用相同的測試裝置和曝曬循環,所得到的結果的絕對值卻有很大差異” (根據ASTM G151 精度和偏差聲明)。這些結果的詳細信息,請參閱 Fischer (1993) 以及 Foisher 和 Ketola(1995 ) 的論文。

ASTM 關于試驗箱存在內在差異性的結論,得到了SAE/IFAI 紡織品和彈性塑料委員會的證實。SAE/IFAI 對每一批次的SAE J1960 和 J1885 用聚苯乙烯標樣設定性能極限。其中一些測試結果會在本文中加以討論。結論是:很不幸,沒有一個完美的測試結果,可變性是不可避免的。

研究目的

本文研究平板式氙燈試驗箱是否能提供與舊的轉鼓式氙燈試驗箱相同的試驗結果。最終目的,是對以性能為基礎的標準,在實際應用中的有效性進行評估。

為了確定轉鼓式樣品架與平板式樣品架的氙燈曝曬方面的相關性,我們對 9 種不同類型的材料進行了對比測試。

本文將對一系列測試結果進行比較和總結。它將證明,只要關鍵的曝曬參數得到合理控制,以性能為基礎的方法就可以得到適當的結果。研究使用了不同型號的平板式 Q-Sun 氙燈試驗箱,并且與Atlas 轉鼓式試驗箱的多種型號的結果進行了比較。結果顯示,只要使用可比較的過濾系統和曝曬條件,Q-Sun 基本上可產生與Atlas 試驗箱相同的結果。

 

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