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氙灯试验箱校准结构参数分析

文章出处: 责任编辑:正航仪器 发表时间:2014-10-08

 

氙灯试验箱校准结构参数分析

 

 

 

国民经济高速发展促进了对各种新型材料需求的日益增长,为了科学评价新型材料的耐候性、耐光性,必然通过各种型式的气候老化试验(自然大气曝露和人工条件加速试验)进行验证。人工条件加速试验通常采用人工光源的气候老化试验设备来加速老化过程,这些人工光源包括氙弧灯、荧光紫外线灯、碳弧灯和金属卤化物灯。

氙弧灯的光谱范围包括波长大于270nm紫外线、可见光和红外辐射。氙弧灯辐射经适当滤光后,其光谱能够使人们了解并确定由气候因素导致的各种失效机理和发生过程。对这些过程的理解,有助于材料科研人员开发出能遏制这些机理发生的新型配方和工艺,提高产品的环境适应性和使用可靠性。导致材料降解的三大气候因素为:光(日光辐射)、水(湿度)和温度。对于曝露在户外的材料,虽然热、湿度和机械变形等都会加速材料老化并影响材料的最终性能,但太阳光的辐能量分布与阳光中的紫外、可见射是限制其使用寿命的主要因素。部分最相似。

氙灯试验箱(Xenonweather-ometer)是采用氙弧灯光源的气候老化试验设备,其氙弧灯辐射经过不同的光学过滤器组合过滤,减少了紫外短波辐射、尽可能除去红外辐射,可以获得不同光谱能量分布的光,较常用的如模拟户外类似夏日正午阳光或模拟透过玻璃的阳光,因此氙灯试验箱的应用更为普遍、越来越得到大家的认可,由于氙灯试验箱的特殊性,多数用户的设备校准由原有制造商或代理负责。现探讨氙灯试验箱校准技术及相关问题,以引起同行的关注。

一、氙灯试验箱的应用与发展状况

全世界每年因老化而造成的产品损失达数亿美元,气候老化试验氙灯曝露试验最初应用于纺织品、塑料行业,现在已越来越广泛地应用于汽车、涂料、建筑材料等行业。国内的氙灯试验箱主要依靠进口,较早进入我国市场的制造商主要有美国At1as公司、Q—Pane l公司,国内实验室购买的氙灯试验箱多数是这些公司的产品,其中数量较多的典型产品有美国Atlas公司的Ci 3000、Ci4000、Ci5000等,价值40~100万元。有代表性的是美国ATLAS公司,他们具有世界规模的气候老化试验基地,同时也是的氙灯试验箱制造商。由于氙灯试验箱的实用性和重要性,各研究机构、试验基地纷纷投入巨资建立气候老化试验室、购买氙灯试验箱,这也为该行业留下巨大的市场空间,我国的制造商已纷纷研制各种类型的氙灯试验箱。

二、氙灯试验箱的主要结构类型

氙灯试验箱的主要结构类型有旋转鼓型和平板型两种。旋转鼓型的氙灯试验箱,它使用一个垂直安装在设备中央的氙灯管作为光源,氙灯管周围装有一套光学过滤器,灯管采用水冷却系统:试验样品面向光源安装在围绕中心灯管旋转的样品架上。它在平板型的氙灯试验箱,测试室的顶部安装了一个或多个气冷氙灯管,平板型的光学过滤器被置于灯管下部,同时在测试室顶部和侧部装有反射系统以增强辐照度的均匀性;试验样品被静态安置在灯管下方的样品盘上。美国Atlas公司的产品主要是旋转鼓型,Q—PANEL公司的产品多数属平板型,这两种类型的氙灯试验箱各有优点:旋转鼓型系统结构较复杂,但样品架围绕中心氙灯旋转,试验样品能获得较均匀的辐照:平板型系统结构较简单,但样品盘是固定不动,不同位置的试验样品受到辐照有差异。氙灯试验箱一般由温度、相对湿度和辐照度控制系统构成,其中辐照度控制系统包括氙灯管、光学过滤器和辐照度测控等组件,其关键技术至今还是制约我国氙灯试验箱技术发展和品质提高的瓶颈。

 

 

氙灯试验箱校准结构

 

三、氙灯试验箱的主要技术参数

氙灯试验箱的主要技术参数是:黑标准温度(BST)或黑板温度(BPT)、箱内温度(DBT)、湿度(R.H)和辐照,黑标准温度或黑板温度为被试验样品可能承受的实际温度,黑标准温度近似于导热性差的深色试验样品曝露面的温度,黑板温度与黑标准温度的本质区别在于黑板的非绝热底座:箱内温度是试验箱工作空间的温度,这些温度参数都反映被试验样品所承受的温度状态。湿度是试验箱工作空间的相对湿度,反映被试验样品所承受的湿度状态。对于许多材料而言,湿度的控制是很关键的,大多数的氙灯曝露试验标准都有湿度控制的要求。辐照度是一定光谱范围或特定波长内单位表面积上所照射的辐照通量,表示为W/m。辐照度时间积分量为辐射曝晒量(单位为J/m)。辐照度用于测量被试验样品承受辐照通量,直接反映被试验样品承受光曝晒量。Ci 5000氙灯试验箱的主要技术参数如下:

(1)温度参数:黑标准温度:40~120℃,黑板温度:40—110℃:箱内温度:室温~80"C。

(2)湿度:光照段湿度为10%一75%R.H,黑暗段湿度可达100%。

(3)辐照度:根据氙弧灯光学过滤器的组合而定.辐照度:(0.26~1.67)W/m@340nm、(0.7 1~3.1 1)W/m@420nm。5氙灯试验箱的现有校准方法氙灯试验箱校准还没有相应的校准规范及合适的测量仪器,原有制造商或代理分别使用专用的测量仪器和不同的校准方法。校准平板型氙灯试验箱,使用的测量仪器有CR20辐射计、CH200湿度计和CT202温度计。校准旋转鼓型C i 3000、Ci4000、Ci 5000氙灯试验箱,校准项目包括黑标准温度、黑板温度、箱内温度、箱内湿度和辐照度,其中设备的关键部件一标准氙弧灯必须送回原厂ATLAS公司进行校准,测出特定波长340nm或420nm的辐照度实际值。为了便于了解,现将其代理的Ci4000氙灯试验箱校准方法列在表1。

基于商业利益,原有制造商或代理不透露相应的技术资料,保密其核心技术。选用这些校准方法有两个必须面对的问题,首先是测量仪器的溯源,黑标准温度、黑板温度和标准氙弧灯等标准仪器必须送检到国外,这也是氙灯试验箱校准受制于人的主要原因;其次是技术保密,这显然不利于校准市场的开放与校准技术的发展。http://www.zhpct.com

 

 

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