ASTM G154-00a 非金属材料荧光紫外曝露设备的操作标准

广州电器科学研究院气候试验中心第1页共8页编写人：祁黎2006-11-22ASTMG154-00a非金属材料荧光紫外曝露设备的操作标准1.范围1.1本标准的内容包括紫外荧光试验的基本原理和操作程序。试验利用紫外荧光和水来模拟一种老化效果，即材料在实际使用中曝露于太阳光（直接照射或透过玻璃）和潮气（雨或露）时所发生的老化现象。本标准仅限于曝露条件的实现、测量和控制。附件中给出了一些曝露程序，但是，并没有给出昀适用于被检测材料的曝露条件。注1——G151给出了所有使用实验室光源的曝露设备需要满足的性能要求。这一标准代替了G53，G53对用作紫外荧光曝露设备的装置进行了非常详细的描述。本标准涵盖了G53中的内容。1.2样品曝露于环境条件得到控制的荧光紫外灯下。本标准中给出了不同类型的紫外荧光光源。1.3样品的制备和结果的评价在具体材料对应的ASTM标准和规范中给出。一般性的导则见标准G151和ISO4892-1。更多的关于曝露后性能变化的试验方法和报告的具体信息见ISO4582。1.4数值以SI单位制表示。1.5安全警告1.6本标准在技术上与ISO4892-3和ISODIS11507相近。2.引用文件3.术语3.1定义——术语G113中给出的定义适用于本标准。3.2本标准中的定义——本标准中的“太阳光”等同于“日光”和“太阳辐照”，“全球”的定义同术语G113中给出的。4.方法概述4.1在受控的环境条件下，将样品曝露于光照和潮湿的重复循环作用下。4.1.1潮湿通常通过水蒸气在样品表面冷凝或向样品表面喷洒软化去离子水实现。4.2曝露条件可能会因以下因素的不同而不同：4.2.1紫外灯4.2.2紫外灯的辐照水平4.2.3提供潮湿的方式4.2.4曝露于光照和潮湿的时间4.2.5光照时的温度4.2.6潮湿时的温度4.2.7光照/黑暗周期进行的周期数4.3同一型号试验设备得出的试验结果不宜进行比较，除非针对被测材料进行了设备间重现性验证试验。4.4不同型号试验设备得出的试验结果不宜进行比较，除非针对被测材料已经确定了不同设备间的相关性。5.应用5.1本试验设备的应用意在诱发材料在昀终使用环境（包括太阳光紫外部分的影响、潮湿和热）中所产生的性能变化。这种曝露可能包括向样品表面引入潮湿。这种曝露试验方法不模拟一些地方气象因素造成的破坏，如大气污染、生物、盐水等，但可以模拟太阳光穿过玻璃的情况。一般情况下，这些曝露方法都包括以凝露方式出现的潮湿对材料的影响。注2——警告：G151中给出的警告适用于本标准。广州电器科学研究院气候试验中心第2页共8页编写人：祁黎2006-11-225.2本标准中仅规定了试验参数的一些限定范围，而不是具体的某一数值，在这一范围内各参数值选择的不同，会带来试验结果的不同。因此使用本标准并不能提供一种可参比的结果，除非同时提供了符合第10部分要求的具体的试验条件。5.2.1建议在进行试验时，同时曝露某种我们熟知其性能并能控制其性能的材料，作为一种标准或参比。建议每种材料在每次试验时至少提供3件试样，以利于评价结果的统计。6.仪器6.1实验室光源——光源为荧光紫外灯。很多种类的荧光紫外灯可用于本标准。不同荧光紫外灯光强和光谱的不同会造成试验结果的很大不同。在检测报告中应详细描述所用荧光紫外灯的类型。不同的应用决定了该使用何种灯。荧光紫外灯的选用导则见附件X1。注3——不要将不同类型的灯管混用。在荧光紫外试验箱中混用不同的灯管将会造成试样实际接收光的不均匀，除非试验箱经过特殊的设计能够在此种情况下保证试样受光的均匀性。注4——很多荧光紫外灯会随使用明显老化。应遵循设备制造商的规定使用灯管以确保灯管所必须达到的辐照度。6.1.1制造商、灯管的种类、灯管的老化、试样与灯管之间的间距、试验箱内的温度和实验室室内温度等都会对样品实际接收的辐照量产生影响。因此，建议使用辐照计来监控辐照能量。6.1.2以下几个因素会影响荧光紫外灯管的光谱能量分布；6.1.2.1某些灯管所用的玻璃的老化会造成透光度的改变。玻璃的老化会大大减少某些类型的灯管所发出的紫外短波部分的透过率。6.1.2.2灯管上沉积的灰尘会影响辐照量。6.1.2.3所使用玻璃的厚度会很大程度上影响紫外灯短波部分的透过量和6.1.2.4磷涂层的均一性和耐久性。6.1.3光谱辐照注5——通过选择适当的光谱能量分布，可以得到荧光UVA灯。通常我们将其定义为UVA-340和UVA-351。340和351这些数据表示不同类型灯管的昀大发射的名义上的特征波长（nm）。340和351对应的实际上的昀大发射发生在343和350nm处。6.1.3.1UVA-340，模拟太阳紫外辐照的光谱辐照——UVA-340紫外灯管的光谱能量分布应满足表1的要求。注6——UVA-340的主要用途是模拟太阳光紫外部分中的中短波长范围。6.1.3.2UVA-351，模拟太阳光紫外部分穿过窗玻璃后的光谱辐照——UVA-351紫外灯管的光谱能量分布应满足表2的要求。注7——UVA-351的主要用途是模拟经过窗玻璃过滤后的太阳光紫外部分中的中短波长范围。6.1.3.3UVB-313的光谱辐照——UVB-313的光谱能量分布应满足表2的要求。注8——荧光UVB灯的光谱能量分布的峰值出现在313nm汞线附近。它们发射出相当多的300nm以下的辐照，而300nm为名义上的太阳辐照的截至波长。这将会引发一些在户外不会发生的老化现象。不推荐使用这种灯来模拟太阳光，见表3。6.2试验箱——试验箱的设计会千变万化，但其应该由耐腐蚀的材料制作，有光源，并且能够控制温度和相对湿度。如果需要的话，还应该能实现向样品表面喷水以形成凝露或者将样品浸泡在水中。6.2.1灯管安装的位置应该能满足G151中的要求，即样品表面能均匀的接收辐照。6.2.2为使所有试样都均匀地曝露于紫外光和一定温度中，要进行灯管的更换和旋转以及样品位置的更换。灯管的更换和旋转应按照制造商的建议进行。广州电器科学研究院气候试验中心第3页共8页编写人：祁黎2006-11-226.3仪器校准——为确保曝露相关仪器的标准性和准确性，应对相关仪器，如计时器、温度计、湿球传感器、干球传感器，湿度传感器、UV传感器和辐照计等进行定期校准，以确定试验结果的重现性。如有可能，校准应该能够追溯到国家或国际标准。校准方案和程序应该依据仪器制造商的指示。表1模拟太阳辐照的UVA-340灯管的相对光谱能量分布的规定带通，nm荧光UVA-340灯A太阳光B紫外波段占总辐照量（260-400nm）的百分比260-2700.0％0271-2800.0％0281-2900.0％0291-3000.2%0301-3206.2-8.6%5.6%321-34027.1-30.7%18.5%341-36034.2-35.4%21.7%361-38019.5-23.7%26.6%381-4006.6-7.8%27.6%紫外和可见光波段占总辐照量（300-800nm）的百分比C300-40087.3％D11％E401-70012.7％D72％EAUVA-340数据——所给出的范围基于对不同老化所用的灯的光谱能量分布的测量，和在不同水平的可控辐照下的操作。所给出的范围基于这一数据的3δ限。B太阳光数据——太阳光的数据是在以下条件下测得的：水平表面，空气质量为1.2，臭氧柱为0.294atmcm，相对湿度为30％，海拔2100m（气压为787.8mb），表征浮尘情况的光学厚度在300nm为0.81，400nm为0.62。C701nm到800nm的数据没有列出。DUVA-340数据——因为荧光紫外灯的主要发射集中在300-400nm带通，能得到的可见光的相关数据是很有限的，因此这一表格中的数据基于少量的测量，仅是一种代表。E太阳光数据——太阳光的数据来自于CIE第85号出版物中的表4，某一表面的地球太阳辐照，测量条件为：空气质量为1.0，臭氧柱为0.34atmcm，1.42cm可沉淀的水蒸气，表征浮尘情况的光学厚度在500nm为0.1。6.4辐照计——推荐采用辐照计来监测和控制样品所接收的辐照能量。辐照计的使用应满足G151的要求。6.5温度计——隔热的或非隔热的黑板或白板温度计均可使用。非隔热的温度计应用钢或铝制成。温度计应满足G151中的要求。6.5.1温度计应该安装在样品架上，以处在和试样相同的位置上并接收和试样一样多的辐照量。6.5.2某些情况下会要求对试验箱内的气温进行控制。测量气温的温度计的安装和校准参照G151。注9——一般情况下，此类仪器通常只控制黑板温度。6.6潮湿——试样可能会曝露于以下潮湿条件下：喷水、冷凝和高湿度。6.6.1喷水——试验箱可以设计为在一定条件下间歇性地向试样表面喷水。喷水应该均匀喷射在样品表面。喷水的装置应该由耐腐蚀的材料制备以避免污染所用的水。广州电器科学研究院气候试验中心第4页共8页编写人：祁黎2006-11-226.6.1.1对水的要求——喷水所使用的水的电导率应低于5μS/cm，固含量低于1ppm，不会在样品表面留下明显的痕迹或沉积物。水中含有的即使是很少量的二氧化硅也会在样品表面留下明显的沉积物。应注意要保证所用水的二氧化硅含量低于0.1ppm。在蒸馏的基础上再进行消电离和反渗透，就可以得到满足要求的水。应报告所使用水的pH值。对水质的具体要求见G151。6.6.2冷凝——试验箱可以设计为在试样表面形成凝露。一般情况下，可通过加热水来产生水蒸汽或将向试验箱内贯充热蒸汽以在试样表面形成凝露。6.6.3相对湿度——试验箱可设计为能够测量和控制箱内的相对湿度。这些检测和控制装置应该避开紫外辐照。6.7样品架——样品架应该由耐腐蚀材料构成并不会对试验结果产生影响。耐腐蚀的铝合金或不锈钢是适用的材料，但黄铜、钢或紫铜不宜采用。6.8评估性能变化所需的仪器——ASTM或ISO中关于性能监测所规定的仪器均可采用。表2模拟透过玻璃后太阳光的UVA-351灯的光谱能量分布的规定带通，nm荧光UVA-351灯A估计的经玻璃过滤的太阳光B紫外波段占总辐照量（260-400nm）的百分比260-2700.0％0％271-2800.0％0％281-2900.0％0％290-3000.1％0％301-3200.9-3.3％0.1-1.5％321-34018.3-22.7％9.4-14.8％341-36042.7-44.5％23.2-23.5％361-38024.8-28.2％29.6-32.5％381-4005.8-7.6％30.9-34.5％紫外和可见光波段占总辐照量（300-800nm）的百分比C300-40090.1％D9.0-11.1％E401-7009.9％D71.3-73.1％EAUVA-351数据——所给出的范围基于对不同老化所用的灯的光谱能量分布的测量，和在不同水平的可控辐照下的操作。所给出的范围基于这一数据的3δ限。B太阳光数据——太阳光的数据是在以下条件下测得的：水平表面，空气质量为1.2，臭氧柱为0.294atmcm，相对湿度为30％，海拔2100m（气压为787.8mb），表征浮尘情况的光学厚度在300nm为0.081，400nm为0.62。这一范围的确定综合了透过单强窗玻璃的太阳辐照的昀大和昀小值。单强玻璃是ASTM小组委员会G03.02规定的研究用的玻璃。C701nm到800nm的数据没有列出。DUVA-351数据——因为荧光紫外灯的主要发射集中在300-400nm带通，能得到的可见光的相关数据是很有限的，因此这一表格中的数据基于少量的测量，仅是一种代表。E太阳数据——太阳光的数据来自于CIE第85号出版物中的表4，某一表面的地球太阳辐照，测量条件为：空气质量为1.0，臭氧柱为0.34atmcm，1.42cm可沉淀的水蒸气，表征浮尘情况的光学厚度在500nm为0.1。这一范围的确定综合了透过单强窗玻璃的太阳辐照的昀大和昀小值。单强玻璃是ASTM小组委员会G03.02规定的研究用的玻璃。广州电器科学研究院气候试验中心第5页共8页编写人：祁黎2006-11-22