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產品耐氣候性和耐光性試驗方式
涂料耐氣候性和耐光性試驗方式
涂料、塑料和其他有機材料暴露在自然氣候條件和光照輻射下經一段時間會出現失光、褪色、泛黃、剝落、開裂、喪失拉伸強度和整層脫落等現象。即使是室內光線或者透過窗玻璃的陽光也會對諸如顏料或染料之類的物質造成損害。因而對于戶外使用的涂料,如建筑外用涂料和汽車涂料 ,耐候性和耐光性是zui重要的檢測項目。
雖然大家都認同涂料的耐候性和耐光性很重要,但對什么是它們的測試方法卻各執己見。國內外現在評價涂料耐候性和耐光性的方法也很多。而普遍采用的有自然氣候老化試驗、氙弧燈照射、或碳弧燈照射、紫外光燈照射等人工加速氣候老化試驗的方法。
自然氣候老化試驗方法是國內外廣泛采用的方法。其主要原因是自然氣候老化實驗結果更符合實際,所需的費用較低而且操作簡單方便。
但自然氣候老化試驗的不足之處是試驗需要的時間長,試驗人員可能沒有這么多年的時間等待一個產品的測試結果。
氙弧輻射試驗被認為是zui能模擬全太陽光譜的試驗,因為它能產生紫外光、可見光和紅外光。
典型的氙弧輻射都配備一個輻照度控制系統。輻照度控制系統在氙弧輻射試驗中很重要,因為氙弧燈光源的光譜自身內在穩定性就比熒光紫外燈光的光譜差。
大多數氙弧輻射試驗在模擬潤濕條件時采用水噴淋和/或溫度自動控制系統 。水噴淋方法的局限 是當溫度相對較低的水噴到溫度相對較高的試板上時 ,試板會冷卻下來 ,這會使材料遭破壞的過程減緩。
在氙弧輻射試驗中,要求使用高純度的水以防止試板表面形成沉積物。因此運行費用較高。
紫外光燈照射老化試驗利用熒光紫外光燈模擬太陽光對耐久性材料的破壞性作用。這與前提到的氙弧燈有區別 ,熒光紫外燈在電學原理上與普通的照明用冷光日光燈相似 ,但能生成更多的紫外光而非可見光或紅外光線。
對于不同的曝曬應用,有不同類型的具有不同光譜的燈供選擇。 UVA -340型的燈在主要的短波長紫外光光譜范圍能很好地模擬太陽光。 UVA -340燈的光譜能量分布 （SPD）與從太陽光譜中 360 nm處分出的光譜圖很近似。 UV-B型燈也是通常使用的加速人工氣候老化試驗用燈。它比 UV -A型燈對材料的破壞速度更快 ,但其比 360 nm更短的波長能量輸出對很多材料會造成偏離實際的試驗結果。
輻照度（光強度 ）控制對于獲得準確而有重現性的結果是很有必要的。大多數紫外光老化試驗裝置都配備了輻照度控制系統。這些的輻照度控制系統使用戶做試驗時能擇輻照度量。通過反饋控制系統 ,輻照度能被連續和自動地監控并地得到控制。控制系統通過調節燈管的功率而自動地對因燈管老化或其他原因造成的照度不足進行補償。
熒光紫外光燈因自身內在的光譜穩定性使輻照度控制簡單化。所有的燈源隨時間老化都會變弱。但熒光燈與其他類型的燈不同,它的光譜能量分布不會隨時間變化。這一特點提高了試驗結果的重現性 ,因而也是一大優勢。
使用紫燈老化試驗的一個主要優勢在于它能夠模擬較為符合實際的室外潮濕環境對材料的破壞作用。材料置于室外時,據統計每天至少有 12 h頻繁地遭受潮濕作用。因為這種潮濕作用大多表現為凝露的形式 ,因而在加速人工氣候老化試驗中采用一個特殊的冷凝原理來模仿室外潮濕。
在這樣的冷凝循環過程中,要加熱試驗箱底部的水槽以產生蒸汽。熱蒸汽保持試驗箱的環境在高溫下有 100 %相對濕度。試驗箱設計時 ,要使試板實際上構成試驗箱的側壁。這樣試板的背面暴露在室溫的室內空氣下。室內空氣的冷卻作用使被測的試板表面的溫度比蒸汽溫度降低幾度。這幾度的溫差可使水在冷凝循環過程中連續不斷地降到被測試表面。
如此產生的冷凝水是性質穩定的、純凈蒸餾水。這種水能提高實驗結果的重現性,排除水沉積物污染問題并且簡化試驗設備安裝和操作。
因為材料在室外受潮的時間一般很長,所以典型的循環冷凝系統zui少要有 4h的試驗時間。冷凝過程在加溫條件下進行 （ 50℃ ）,就會大大地加快潮濕對材料的破壞速度。長時間的、加熱條件下進行的冷凝循環比其他諸如水噴淋、浸漬和其他高濕度環境的方法更能有效地再現潮濕環境破壞材料的現象。
雖然國標規定且國內目前通行的耐老化試驗方法是氙弧輻射,但在國外氙弧輻射和紫外光老化試驗都是應用廣泛的試驗方法。這兩種方法是基于*不同的原理。氙燈照射試驗箱仿制全部的太陽光譜 ,包括紫外光、可見光和紅外光 ,其目的是模擬太陽光。而紫外光老化試驗并不企圖仿制太陽光線 ,而只是模仿太陽光的破壞效果。它是基于這樣的原理 ,長期在室外暴露的耐久性材料 ,受短波紫外光照射引起的老化損害zui大。