高辐照度紫外光照冷凝设备

TECHNICALBULLETINLU-8031高辐照度紫外光照/冷凝设备提供更快的加速老化测试结果耐候性是户外涂料的一个必要性能。因为户外暴露试验时间长，所以实验室加速测试被广泛应用于此行业。其中最常用的实验室加速老化测试设备，是符合ASTMG154标准的紫外/冷凝设备，也就是通常所说的QUV1。QUV中，在一定温度条件下，测试样品被反复暴露在紫外光照和冷凝的交替循环中。此前，只是荧光紫外灯管、紫外和冷凝暴露多长时间及暴露温度等测试条件的选择。本文探讨了QUV老化试验机的改进：光强输出的精确控制和更高辐照度。所列数据是几种常见的聚合物在较高的辐照度条件下的加速老化测试结果。引言和背景辐照度控制系统，市场上称“太阳眼”，包括一个可编程的控制器，连续监控四个安装在测试样板面上传感器测得的紫外线强度。一个四通道反馈回路系统通过调整紫外灯管的输出功率以控制所设定的辐照度。该辐照度可被调整成不同的强度以适应不同的应用条件。图1是辐照度控制系统如何工作的示意图。每个传感器监控两根灯管的强度。操作者定期对每个传感器进行单独校准。该校准可溯辐照度控制系统源至美国国家标准和技术协会（NIST），符合ISO9000的要求。之前的数据2已表明，太阳眼控制系统在很大程度上消除了紫外线强度的差异，因而大大降低了测试结果的差异。ڨ࠶(၎ཞ๑ᆩ้क़)ᄣ೗ॐᄣ೗ॐ2دߌഗ੦዆ഗ143ኝୁഗ1ኝୁഗ2ኝୁഗ4ኝୁഗ31.ASTMG53,用于非金属材料暴露的光/水暴露仪器(荧光紫外－冷凝类型)的操作标准,美国材料试验协会标准年卷。04.07卷，美国材料试验协会。费城，1992。2.Fedor,G.R.,Brennan,P.J.,“荧光紫外线暴露测试仪中的辐照度控制”，有机材料的加速和户外耐久性测试。ASTMSTP1202，WarrenD.Ketola和DouglasGrossman.Eds.美国材料试验协会。费城，1993。图1图1太阳眼光强控制系统可编程的自动辐照度控制系统允许操作者，选择一个比标准辐照度高的辐照度进行紫外线暴露测试。对于许多材料，这将加快降解进程，因而缩短了测试时间。普遍认为 UVA-340灯管比 UVB-313灯管能更真实地模拟太阳光3,4。自推出以来，大多数塑料行业已换用UVA-340灯管，因为它能给出更切合实际的结果。然而，尽管UV-B管灯有其不足之处，但由于能给出更快的结果，很多涂料研究人员仍继续使用它们。应用可编程控制器，现在在更高的辐照度水平下，使用UVA-340灯管可以加快测试进程。图2显示了UVA-340灯管在不同辐照度水平下与太阳光光谱的比较。建议最大辐照度不超过典型 G154辐照度的1.75倍。即使灯管在最大功率时能够有更高的辐照度水平，也不建议在高于正常情况1.75倍的辐照度水平下进行试验。必须留有一部分功率用于维持现有的设定值和解决一些诸如因灯管老化和其他因素等引起的辐照度降低的问题。应该指出的是，在高于正常辐照度下使用灯管，其有效使用寿命将会缩短。高辐照度产生更快结果 为了确定增大辐照度对降解速率的影响,15种不同的涂料和塑料样品，在装有自动辐照度控制的太阳眼系统的QUV/se中分别以正常辐照度和高辐照度进行暴露试验。暴露条件是：UVA-340灯管，只进行光照(100% )紫外线照射，没有潮湿，无黑暗时间),50°C。辐照度水平分别为0.83和1.35W/m2/nm@340nm，其结果见图3到图17所示。总结见第6页的表1。15种材料中的9种，增大辐照度会导致降解速率增大。虽然辐照度大约增强60%，但并不是所有材料降解速率的增大值都相同。应该指出的是，这些暴露不包括潮湿和黑暗时间，因此，在评估测试结果时，没有考虑潮湿的影响和/或任何黑暗时间降解的影响。不同聚合物的暴露结果1.510.50ޖቷ܈W/m2/nm270290310330370350390հ׊(nm)ሺഽڟ1.75Ԡဲනዐ࿷ڦᄞ࠼UVA-340ۆ႙ޖቷ܈३ณڟ0.35100806040200࠼ሷ05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35ᴤ᭭:࣍ᄟຏኬཱଙ(ࣨ෥)֪๬ཉॲ:QUV/se࠼ᇸ:UVA-340ޖቷ܈:1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍:ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈:࢒ӱ࿒܈!50°C图2图3环氧树酯黄变UVA-340灯管的不同辐照度3.Brennan.P.J.,改进紫外线光源来提高加速老化的相关性,《塑料配方》，3月/4月,1987。4.Brennan.P.J.Fedor,C.,太阳光，紫外线和加速老化,SPEAutomotiveRETEC,1987。100123456789deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:եဗ໗ԋೌ(ཪ௽)֪๬ཉॲ:QUV/se࠼ᇸ:UVA-340ޖቷ܈:1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔთ࣍࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C50403020100deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:਋ԧᅚဗ֖ቷ֌ଙ(ཪ௽)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;!UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈጭྔ࠼ቷ࿒܈;࢒ӱ࿒܈50°C503020100deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:P.V.C.ԋఈ!(ཪ௽)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;!UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈!50°C1000102030405060708090࠼ሷ05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:եဗ໗ԋೌ(ཪ௽)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C0.0-0.2-0.4-0.6-0.8deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:ᅚဗएԋఈ(୴෥)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈!50°C3020100deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C0.831.35֌ଙ;਋༐໗ḇԋೌ(ཪ௽)50403020100deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:CAB໒ଙ(ཪ௽)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;!UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C1009080706050403020100࠼ሷ05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:਋ḇཱଙ(ጶࢎ෥)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈!50°C图4丙烯酸黄变图8乙烯黄变图5聚苯乙烯黄变图9聚碳酸酯黄变图6乙烯黄变图10CAB黄变图7丙烯酸失光图11聚酯1009080706050403020100࠼ሷ05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:਋ҽḇཱଙ(ࣨ෥)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈!50°C50403020100deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:ABSԋೌ(ӣ෥)֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;!UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C0-1-2-3-4deltab05001000150020002500QUV/se暴露时间0.831.35材料:聚苯乙烯薄片测试条件:QUV/se光源:UVA-340辐照度:1.35&0.83W/m2/nm@340nm循环:仅有紫外光照温度:黑板温度50°C543210deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:౅ୄԋೌ֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈!50°C121086420deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़0.831.35֌ଙ:਋եဗԋೌ֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C100020406080光泽05001000150020002500QUV/se暴露时间0.831.35材料:汽车涂料(蓝色/灰色)测试条件:QUV/se光源:UVA-340辐照度:1.35&0.83W/m2/nm@340nm循环:仅有紫外光照温度:黑板温度50°C图12聚氨酯失光图16聚丙烯黄变图13ABS黄变图17汽车油漆失光图14聚苯乙烯黄变图15尼龙黄变对于对潮湿比较敏感的材料，当在紫外循环中加入潮湿影响时,可能产生更快的加速老化。另外，一些材料由于潮湿的存在可能有完全不同的老化方式。为了对此进行测试，在4种不同的情况下对材料进行暴露测试。•100%紫外光照循环(50oC)•紫外光照+潮湿循环(50°C下4小时紫外光照，与50°C下4小时冷凝交替循环)•紫外光照+黑暗/干燥 循环(50°C下4小时紫外光照，与50°C下4小时黑暗交替循环)•潮湿+黑暗/干燥 循环(50°C下4小时黑暗/干燥，与50°C下4小时冷凝交替循环)对于蓝色乙烯薄膜，紫外光照+潮湿循环使材料降解的最快。尽管100%的紫外光照循环对材料的暴露是紫外光照+潮湿循环中紫外辐照量的两倍，其老化结果并不严重。潮湿的影响1009070503010020406080࠼ሷ05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़֌ଙ:ᅚဗएԋఈ(ઢ෥)ጭྔ࠼ቷ+חโ100%ጭྔ࠼ቷጭྔ࠼ቷ+࢒Ӂ/߅ሳחโ+࢒Ӂ/߅ሳ֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;!UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nm࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C1009070503010020406080࠼ሷ050010001500200030002500QUV/seԓ୞้क़ᴤ᭭:਋ҽḇཱଙ(ࣨ෥)UV+Moisture100%UVጭྔ࠼ቷ!+࢒Ӂ/߅ሳחโ+࢒Ӂ/߅ሳ֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C11951-137deltab0100020003000QUV/seԓ୞้क़֌ଙ:਋եဗԋೌ(ጲ඗෥)ጭྔ࠼ቷ+חโ100%ጭྔ࠼ቷጭྔ࠼ቷ+࢒Ӂ/߅ሳחโ+࢒Ӂ/߅ሳ֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;!1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C484024801632deltab05001000150020002500QUV/seԓ୞้क़֌ଙ:ABSԋೌ(ⱑ㡆)1.350.83deltab=3432%fasterdeltab=846%faster֪๬ཉॲ;QUV/se࠼ᇸ;UVA-340ޖቷ܈;1.35&0.83W/m2/nm@340nmთ࣍;!ৈᆶጭྔ࠼ቷ࿒܈;!࢒ӱ࿒܈50°C图18乙烯失光图19聚氨酯失光图20聚丙烯（PP）黄变图21不同黄变水平下的比较潮湿对聚氨酯的影响更大。再次指出，虽然紫外光