Ежегодно старение материалов приводит к экономическим потерям в миллионы долларов во всем мире. Текстиль, покрытия, пластмассы, резина и другие органические материалы неизбежно портятся под воздействием солнечного света, ультрафиолетового излучения, высоких температур, дождя и влажности. Изменение цвета, растрескивание, шелушение, меление, снижение прочности и окисление не только влияют на внешний вид продукта, но также ставят под угрозу безопасность и производительность. Для производителей понимание и контроль старения, вызванного светом, имеют важное значение для обеспечения надежности продукции и конкурентоспособности на рынке.
Многие клиенты, внедрившие LIB Камеры для испытаний на легкое старение показали высокостабильный контроль освещенности, точную регулировку температуры и влажности, а также отличную повторяемость результатов испытаний. Пользователи особенно ценят интеллектуальный программируемый контроллер, равномерное распределение света и прочную конструкцию камеры, которые позволяют им с уверенностью проводить долгосрочные испытания на атмосферные воздействия. Этот положительный опыт подчеркивает важность выбора профессионального испытательного оборудования как основы надежной оценки долговечности.
Цель испытания на легкое старение
(1) В целях соблюдения соответствующих стандартов качества и технических стандартов;
(2) избежать потерь, вызванных старением; (3) повысить репутацию продукта;
(4) Проверьте качество продукции поставщика;
(5) улучшить устойчивость продукции к атмосферным воздействиям;
(6) Значительно сократить материальные затраты;
(7) Расширить ассортимент продукции;
(8) Облегчить доступ к новым рынкам;
(9) Выиграйте соревнование;
Как провести тест на легкое старение?
Испытание на естественные атмосферные воздействия на открытом воздухе
Испытания на погодные условия на открытом воздухе наиболее близко воспроизводят процесс старения материалов в реальных условиях. 
В зависимости от того, как продукт будет фактически использоваться, могут быть выбраны различные места воздействия на открытом воздухе — например, компания Q-PANEL в США управляет двумя известными испытательными полигонами во Флориде и Аризоне. Флорида имеет субтропический климат, характеризующийся интенсивной солнечной радиацией, высокой жарой и высокой влажностью. Эти суровые условия делают его отличным местом для испытаний на воздействие, особенно чувствительных к влаге материалов, таких как покрытия, строительные материалы и пластмассы. Климат Флориды также особенно хорошо подходит для оценки устойчивости к плесени.
В Аризоне материалы подвергаются еще более жестким условиям. В отличие от Флориды, Аризона характеризуется сильным воздействием ультрафиолета, сильной жарой, резкими перепадами между дневными и ночными температурами и низкой влажностью — отличительными чертами пустынного климата. Годовая солнечная радиация в Аризоне примерно на 20% выше, чем во Флориде, а пиковые температуры могут превышать показатели Флориды примерно на 15°C. В этих более суровых условиях большинство материалов разлагаются значительно быстрее, чем во Флориде. Это особенно заметно при обесцвечивании покрытий, термическом старении и изменении физических свойств пластмасс, выцветании пластиковых покрытий и снижении прочности на разрыв текстиля.
Поскольку в обоих местах деградация происходит быстрее, чем в более мягком климате, термины «погодоустойчивость Флориды» и «погодоустойчивость Аризоны» стали стандартными критериями при испытаниях на долговечность.
Воздействие солнечных лучей – это то, с чем материалы постоянно сталкиваются в повседневном использовании. Со временем продукты на основе полимеров, такие как покрытия и пластмассы, имеют тенденцию обесцвечиваться, мелеть, образовывать пузыри, растрескиваться и отслаиваться при длительном воздействии солнечного света, что ухудшает как механические характеристики, так и внешний вид. По этой причине разработчикам покрытий, пластмасс и компонентов салона автомобиля, подвергающихся воздействию света, необходимо имитировать реальное воздействие солнечных лучей посредством испытаний на фотостарение, чтобы правильно оценить свою продукцию. Чтобы ускорить этот процесс оценки, при тестировании новых материалов обычно используются методы искусственно ускоренного фотостарения.
Лабораторный тест на ускоренное старение
Для получения результатов тестов на естественное старение может потребоваться несколько лет, что предъявляет высокие требования к времени, графику и бюджету. Ситуация усугубляется тем, что климатические условия сильно различаются от места к месту, поэтому идентичные материалы, протестированные в разных местах, могут давать сильно различающиеся результаты, что подрывает повторяемость и воспроизводимость данных. В результате ускоренное старение в лабораторных условиях стало предпочтительным подходом: он значительно сокращает циклы испытаний, обеспечивает более стабильные результаты и хорошо подходит для контроля качества и оценки стабильности материалов. Поскольку тестирование происходит полностью в помещении, оно не ограничивается естественными климатическими переменными — необходимо учитывать только контролируемые, определяемые человеком факторы — и весь процесс может выполняться в одной испытательной камере. Методы искусственного ускоренного старения обычно делятся на три категории: моделирование угольной дуговой лампой, ускоренное УФ-старение и старение ксеноновой дуговой лампой. Камеры с угольно-дуговыми лампами были самой ранней из этих технологий, но из-за высоких затрат на техническое обслуживание, невозможности калибровки мощности и ограниченного моделируемого спектрального диапазона сегодня они практически вышли из употребления.
Три метода испытаний на легкое старение
Методы испытаний на световое старение (выветривание) обычно делятся на три основные категории: испытания угольной дуговой лампой, испытания люминесцентными УФ-лампами и испытания ксеноновыми дуговыми лампами.
1. Метод угольно-дуговой лампы.
В эту категорию входят два варианта: ультрафиолетовая угольная дуговая лампа и угольная дуговая лампа солнечного света (дневного света).
Ультрафиолетовая угольная дуговая лампа.
Этот тип оборудования работает путем подачи соответствующего напряжения на верхний и нижний угольные электроды внутри прибора. При прохождении тока образующийся дуговой разряд выделяет значительную энергию, создавая непрерывный ультрафиолетовый спектр.
Углеродная дуговая лампа Sunshine.
Этот вариант отличается тем, что углеродные стержни легированы определенными металлическими элементами, что позволяет излучаемой спектральной энергии более напоминать естественный солнечный свет. Однако у этого метода есть заметные недостатки: коротковолновое УФ-излучение непропорционально интенсивно по сравнению с тем, что фактически достигает земной поверхности, что создает несоответствие реальным условиям. Кроме того, длинноволновые компоненты УФ- и видимого света по-прежнему значительно отклоняются от истинного солнечного спектра. По этим причинам солнечные угольные дуговые лампы получили ограниченное распространение на практике.
2. Метод флуоресцентной УФ-лампы.
Устройства с люминесцентными УФ-лампами работают за счет дугового разряда паров ртути низкого давления, который возбуждает флуоресцентные соединения, испускающие ультрафиолетовое излучение. Этот процесс генерирует непрерывный спектр в относительно узком диапазоне длин волн. Электрически эти лампы имеют сходство со стандартными люминесцентными осветительными лампами с холодным катодом, но они спроектированы так, чтобы излучать гораздо более высокую долю УФ-излучения по сравнению с видимым или инфракрасным светом.
Ключевым ограничением является то, что люминесцентные УФ-лампы могут производить лучистую энергию, не присутствующую в природе на поверхности земли, что может ускорить деградацию материала способами, не отражающими реальное старение. И наоборот, поскольку этим лампам не хватает достаточного длинноволнового УФ-излучения, материалы, которые особенно чувствительны к более длинным длинам волн УФ-излучения, могут проявлять меньшую деградацию, чем при фактическом воздействии солнечного света.
Среди наиболее часто используемых люминесцентных УФ-ламп — UVA-340 , , UVA-351 и UVB-313 :
Лампа UVA-340 создает спектр, который наиболее точно соответствует УФ-части естественного солнечного света, что делает ее хорошо подходящей для испытаний, направленных на воспроизведение реалистичных условий наружного освещения.
Лампа UVB-313 излучает УФ-излучение значительно более интенсивное, чем при естественном солнечном свете, что делает ее более подходящей для сравнительного скрининга или ускоренных испытаний на отказ, а не для реалистичного моделирования.
3. Метод ксеноновой дуговой лампы.
Системы ксеноновых дуговых ламп широко считаются наиболее эффективными устройствами для воспроизведения полного солнечного спектра, поскольку они могут одновременно генерировать ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Спектральное распределение энергии ксеноновых дуговых ламп в УФ и видимом диапазонах наиболее близко к естественному солнечному свету среди всех доступных методов испытаний. Благодаря такой точности облучение ксеноновой дугой стало наиболее широко распространенным методом моделирования фотостабильности и испытаний на светостарение.
Модель |
XL-S-750 |
|
Внутренний размер (мм) |
950*950*850 мм |
|
Габаритные размеры (мм) |
1300*1420*1800 мм |
|
Держатель образцов |
Регулируемая скорость, 1 об/мин. |
|
Тип камеры |
Вращающийся держатель |
|
Источник облучения |
1 ксеноновая дуговая лампа мощностью 4500 Вт с водяным охлаждением, внутренним кварцевым и внешним боросиликатным фильтром |
|
Диапазон освещенности |
150 Вт/㎡ |
|
Измерение пропускной способности |
300~400 нм |
|
Диапазон температур камеры |
-40～ 100 ℃ ±2 ℃ |
|
Температура черной панели |
BPT 35 ～ 85 ℃ ±2 ℃ |
|
Диапазон влажности |
30 % ~ 98 % относительной влажности |
|
Цикл распыления воды |
1~9999 ч 59 м (регулируемый) |
|
Контроллер |
Программируемый цветной контроллер сенсорного ЖК-экрана |
|
Радиометр |
УФ-радиометр, допуск: ±5 % |
|
|
|
| Контроллер | Держатель образца | Система распыления дождя |
Устройство ксеноновой дуговой лампы представляет собой устройство, наполненное ксеноновой дуговой разрядной лампой высокой чистоты в качестве источника света, трубка лампы изготовлена из прозрачной трубки из кварцевого стекла, каждый конец герметизирован металлическим электродом, когда электрод добавляется к соответствующему высокому напряжению и фильтруется фильтрующей пластиной, что дает спектр, близкий к солнечному свету.
Нефильтрованный ксеноновый дуговой свет в ксеноновой дуговой лампе не является хорошей моделью естественной экспозиции поверхности Земли, а спектр образца обычно моделируется несколькими оптическими фильтрами. При использовании внутренних и внешних фильтров из боросиликатного стекла (фильтров дневного света) спектральное распределение энергии, излучаемой устройством ксеноновой дуговой лампы, аналогично естественному солнечному свету на открытом воздухе, а при замене внешнего фильтра на натриево-кальциевое стекло (фильтры оконного стекла) оно близко к естественному солнечному свету, фильтруемому оконным стеклом. Когда внутренний фильтр заменяется на кварцевое стекло (расширенный УФ-фильтр), в спектре появляются более короткие коротковолновые УФ-лучи, которых нет в солнечном свете на открытом воздухе.
Каждый из трех различных типов условий освещения имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода испытаний должен основываться на характеристиках самого изделия и внешней среды во время фактического использования. Проведение теста на искусственное ускоренное световое старение может дать более точное и глубокое понимание характеристик и срока службы продукта, а также быстро исключить продукты с низким качеством или плохой светостойкостью. Кроме того, при выборе различных типов условий освещения для тестирования вы должны сначала понять структуру образца и цель теста, например, хотите ли вы имитировать фактические условия освещения или создавать деструктивные условия освещения или хотите использовать освещение полного спектра. Условия по-прежнему хотят сосредоточиться на моделировании условий ультрафиолетового освещения, чтобы можно было соответствующим образом выбрать правильные условия фотостарения и испытательное оборудование.
Оборудование, необходимое для проведения испытаний
1. Камера для испытаний на ускоренное УФ-излучение.
В 1970-х годах появились камеры для испытаний на ускоренное ультрафиолетовое старение. Мы знаем, что ультрафиолетовые лучи солнечного света, особенно пики с длиной волны ниже 360 нм, являются основной причиной старения материалов.Испытательная камера LIB для ускоренного воздействия УФ-излучения излучает ультрафиолетовый спектр с помощью ультрафиолетовых ламп, имитируя ультрафиолетовую часть солнечного света и ускоряя старение материалов. Пиковая длина волны люминесцентной лампы UVB (UVB-313) составляет около 313 нм, а ее энергия почти полностью сосредоточена между 280 и 360 нм. Диапазон длин волн распределения энергии короче, чем у солнечного света, что может максимально ускорить эксперимент.
У ламп UVA-340 длины волн лучей в основном сосредоточены между 295 и 360 нм, а коротковолновое излучение ламп UVA-340 очень похоже на прямой солнечный свет ниже 325 нм. В соответствии с различными требованиями к старению материалов клиенты могут выбирать различные УФ-лампы. Кроме того, испытательная камера LIB для ускоренного воздействия УФ-излучения также оснащена высокоточной фотометрической системой контроля, которая позволяет пользователям выбирать желаемый уровень освещенности. С помощью системы можно контролировать интенсивность света. Непрерывный мониторинг, автоматическое и точное обслуживание. При выборе лампы UVA-340 интенсивностью 0,68 Вт/м2/нм и длиной волны 340 она может соответствовать интенсивности солнечного света в полдень летом.
В то же время камера LIB для ускоренных испытаний на атмосферное воздействие УФ-излучением также может имитировать влияние дождя и росы, чего можно достичь двумя способами: конденсацией и распылением воды. Конденсат соответствует естественной влажности. Благодаря ускоренному процессу испытаний за счет повышения температуры продукт конденсации представляет собой чистую воду: на образце не образуются пятна от воды или примеси. Опрыскивание имитирует механическую эрозию вследствие постоянных колебаний температуры и смыва дождем.
Международные стандарты, применимые к испытаниям на ускоренное старение УФ-излучением, в основном включают ISO 4892-1:1999 «Метод испытания пластиковых лабораторных источников света на воздействие, часть 1: Общие правила»; ISO 4892-3:1994 «Метод испытаний на воздействие лабораторного источника света на пластик, часть 3: Люминесцентная УФ-лампа»; ASTM G-151 «Стандарт испытаний для неметаллических материалов, лабораторное устройство для ускоренных испытаний на воздействие источника света»; ASTM G-154 «Метод испытаний на воздействие источника ультрафиолетового флуоресцентного света для неметаллических материалов» и т. д.
Модель |
УФ-СИ-260 |
УФ-тестер |
Внутренний размер (мм) |
450*1170*500 |
|
Габаритные размеры (мм) |
680*1300*1500 |
|
Размер держателя образца (мм) |
75*150 |
|
Емкость образца |
56 шт. |
|
Источник облучения |
Люминесцентные УФ лампы (8) - 40 Вт |
|
Температурный диапазон |
Окружающая среда ～ 90 ℃ ± 2 ℃ |
|
Температура черной панели (BPT) |
35 ～ 80 ℃ |
|
Диапазон влажности |
≥95% относительной влажности |
|
Пропускная способность |
290 ~ 400 нм |
|
Контроль освещенности |
0,3~20 Вт/㎡ |
|
Цикл распыления воды |
1~9999H59M (регулируемый) |
|
Расстояние между образцом и лампой |
50 мм |
|
|
| Форсунки для распыления воды | UVA/B лампы |
|
|
Держатель образца Держатели плоских образцов, алюминиевые панели с кольцами. Размер каждого образца составляет 75 мм * 150 мм, вмещает 56 штук. Специальный держатель образцов может быть настроен по индивидуальному заказу |
Черная панель Термометр для доски состоит из плоской пластины из нержавеющей стали длиной 150 мм, шириной 70 мм и толщиной 1 мм. |
2. Камера для испытаний на ускоренное атмосферное воздействие ксеноновой дуги
В 1950-х годах в мире появился первый тестер ксеноновой дуговой лампы, имитирующий ускоренное старение. Ксеноновые дуговые лампы используют весь спектр солнечного света в качестве источника света, а использование ксеноновых дуговых ламп с соответствующей фильтрацией — лучший способ проверить чувствительность продуктов к длинноволновому ультрафиолетовому и видимому свету под прямыми солнечными лучами или солнечным светом через стекло. Он может не только имитировать светостойкость внутренних материалов, но и моделировать климатическую среду. В настоящее время наиболее широко используемые машины для старения ксеноновых ламп делятся на две категории: испытательная машина с вращающимся барабаном и испытательная машина со статическим размещением образца. Вращающийся барабан сконструирован таким образом, что в центре контейнера расположена световая трубка, окруженная вращающимся держателем образца, который вращается вокруг источника света. Такие системы размещения проб часто называют «вращающимися барабанами».
В камере для испытаний на старение, куда статически помещается образец, испытуемый образец остается неподвижным, а старение строго контролируется с помощью различных методов контроля, включая ксеноновые лампы, имитирующие весь спектр солнечного света, различные системы фильтров и калибровку по стандарту ISO 9000, систему контроля температуры с черной панелью, методы испытаний, соответствующие требованиям ISO и ASTM, трехмерный держатель образца и функцию распыления воды.
Из-за разнообразия камер для ксеноновых дуговых испытаний, которые можно выбрать в настоящее время, большинство организаций по стандартизации (включая ISO и ASTM) склонны разрабатывать методы и методы испытаний, основанные на характеристиках. Эти методы определяют условия испытаний (такие как облучение, спектр, температура, влажность и т. д.) и приемлемые диапазоны рабочих характеристик.
Связаться с ЛИБ
Какие камеры для испытаний на светостарение вам нужны? LIB может предоставить вам:
лучшая камера для испытаний на легкое старение, самое профессиональное решение, самый желанный сервис в соответствии с вашими требованиями и стандартами испытаний. Готовы улучшить испытания материалов на долговечность? Свяжитесь с нами ЛИБ Промышленность сегодня, чтобы получить индивидуальную камеру для испытаний на светостарение, адаптированную к вашим стандартам и применению. Позвольте нашим специалистам помочь вам выбрать правильную систему и добиться точных и надежных результатов.
