Hàng năm, sự lão hóa vật chất gây ra thiệt hại kinh tế hàng triệu đô la trên toàn thế giới. Dệt may, chất phủ, nhựa, cao su và các vật liệu hữu cơ khác chắc chắn sẽ bị hư hỏng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, bức xạ cực tím, nhiệt độ cao, mưa và độ ẩm. Sự đổi màu, nứt, bong tróc, phấn hóa, giảm độ bền và oxy hóa không chỉ ảnh hưởng đến hình thức bên ngoài của sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến tính an toàn và hiệu suất. Đối với các nhà sản xuất, việc hiểu và kiểm soát sự lão hóa do ánh sáng gây ra là điều cần thiết để đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Nhiều khách hàng đã triển khai LIB Các buồng thử nghiệm lão hóa ánh sáng đã báo cáo khả năng kiểm soát bức xạ có độ ổn định cao, điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm chính xác cũng như khả năng lặp lại tuyệt vời trong các kết quả thử nghiệm. Người dùng đặc biệt đánh giá cao bộ điều khiển lập trình thông minh, phân bổ ánh sáng đồng đều và kết cấu buồng bền bỉ, cho phép họ tự tin tiến hành các thử nghiệm thời tiết dài hạn. Những kinh nghiệm tích cực này nêu bật tầm quan trọng của việc lựa chọn thiết bị kiểm tra chuyên nghiệp làm nền tảng cho việc đánh giá độ bền đáng tin cậy.
Mục đích của thử nghiệm lão hóa ánh sáng
(1) Để tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng và kỹ thuật có liên quan;
(2) Tránh tổn thất do lão hóa; (3) Nâng cao uy tín của sản phẩm;
(4) Kiểm tra chất lượng sản phẩm của nhà cung cấp;
(5) Cải thiện khả năng chống chịu thời tiết của sản phẩm;
(6) Giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu;
(7) Mở rộng đa dạng sản phẩm;
(8) Tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận các thị trường mới;
(9) Giành chiến thắng trong cuộc thi;
Làm thế nào để thực hiện kiểm tra lão hóa nhẹ?
Kiểm tra thời tiết tự nhiên ngoài trời
Các thử nghiệm về thời tiết ngoài trời tiến gần nhất tới việc tái tạo độ tuổi của vật liệu trong điều kiện thực tế. 
Tùy thuộc vào cách sử dụng thực sự của sản phẩm, có thể chọn các địa điểm phơi sáng ngoài trời khác nhau—ví dụ: Q-PANEL ở Hoa Kỳ vận hành hai cơ sở thử nghiệm nổi tiếng ở Florida và Arizona. Florida có khí hậu cận nhiệt đới được đánh dấu bằng bức xạ mặt trời cường độ cao, nhiệt độ cao và độ ẩm cao. Những điều kiện khắt khe này khiến nơi đây trở thành địa điểm tuyệt vời để thử nghiệm phơi nhiễm, đặc biệt đối với các vật liệu nhạy cảm với độ ẩm như lớp phủ, vật liệu xây dựng và nhựa. Khí hậu của Florida cũng đặc biệt thích hợp để đánh giá khả năng chống nấm mốc.
Arizona đặt vật liệu vào những điều kiện thậm chí còn khắc nghiệt hơn. Không giống như Florida, Arizona được xác định bởi mức độ tiếp xúc với tia cực tím mạnh, nhiệt độ cực cao, sự dao động rộng giữa nhiệt độ ngày và đêm và độ ẩm thấp - những đặc điểm nổi bật của khí hậu sa mạc. Bức xạ mặt trời hàng năm ở Arizona cao hơn khoảng 20% so với ở Florida và nhiệt độ cao nhất có thể vượt quá Florida khoảng 15°C. Trong những điều kiện khắc nghiệt hơn, hầu hết các vật liệu đều xuống cấp nhanh hơn đáng kể so với ở Florida. Điều này đặc biệt rõ ràng trong sự đổi màu của lớp phủ, lão hóa nhiệt và thay đổi tính chất vật lý của nhựa, sự phai màu của lớp phủ nhựa và độ bền kéo giảm trong hàng dệt.
Bởi vì cả hai địa điểm đều dẫn đến sự xuống cấp nhanh hơn so với những vùng có khí hậu ôn hòa hơn nên các thuật ngữ 'khả năng chịu thời tiết ở Florida' và 'khả năng chịu thời tiết ở Arizona' đã trở thành tiêu chuẩn chuẩn trong thử nghiệm độ bền.
Tiếp xúc với ánh nắng mặt trời là điều mà vật liệu thường xuyên gặp phải trong quá trình sử dụng hàng ngày. Theo thời gian, các sản phẩm gốc polymer như lớp phủ và nhựa có xu hướng bị đổi màu, đóng phấn, phồng rộp, nứt và bong tróc khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trong thời gian dài—tất cả đều ảnh hưởng đến cả hiệu suất cơ học và hình thức bên ngoài. Vì lý do này, các nhà phát triển lớp phủ, nhựa và các bộ phận nội thất ô tô tiếp xúc với ánh sáng cần mô phỏng khả năng tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong thế giới thực thông qua các thử nghiệm lão hóa quang học để đánh giá chính xác sản phẩm của họ. Để tăng tốc quá trình đánh giá này, các phương pháp quang hóa tăng tốc nhân tạo thường được sử dụng khi thử nghiệm vật liệu mới.
Thử nghiệm lão hóa cấp tốc trong phòng thí nghiệm
Các thử nghiệm lão hóa tự nhiên có thể mất vài năm để mang lại kết quả, đặt ra những yêu cầu lớn về thời gian, tiến độ và ngân sách. Thêm vào đó, điều kiện khí hậu ở mỗi nơi rất khác nhau, do đó, các vật liệu giống hệt nhau được thử nghiệm ở các địa điểm khác nhau có thể tạo ra các kết quả rất khác nhau—làm suy yếu khả năng lặp lại và khả năng tái tạo của dữ liệu. Do đó, lão hóa nhanh trong phòng thí nghiệm đã trở thành phương pháp được ưa chuộng: nó rút ngắn đáng kể chu kỳ thử nghiệm, mang lại kết quả nhất quán hơn và hoạt động tốt để kiểm soát chất lượng và đánh giá độ ổn định của vật liệu. Bởi vì thử nghiệm diễn ra hoàn toàn trong nhà nên nó không bị hạn chế bởi các biến đổi khí hậu tự nhiên—chỉ cần xem xét các yếu tố do con người xác định, được kiểm soát—và toàn bộ quá trình có thể được thực hiện trong một buồng thử nghiệm duy nhất. Các phương pháp lão hóa tăng tốc nhân tạo thường rơi vào ba loại: mô phỏng đèn hồ quang cacbon, lão hóa tăng tốc bằng tia cực tím và lão hóa đèn hồ quang xenon. Buồng đèn hồ quang carbon là công nghệ sớm nhất trong số những công nghệ này, nhưng do chi phí bảo trì cao, không thể hiệu chỉnh đầu ra và phạm vi quang phổ mô phỏng hạn chế nên ngày nay chúng hầu như không còn được sử dụng.
Ba phương pháp kiểm tra lão hóa nhẹ
Các phương pháp thử nghiệm lão hóa ánh sáng (thời tiết) thường rơi vào ba loại chính: thử nghiệm đèn hồ quang cacbon, thử nghiệm đèn UV huỳnh quang và thử nghiệm đèn hồ quang xenon.
1. Phương pháp đèn hồ quang cacbon
Loại này bao gồm hai biến thể: đèn hồ quang cacbon cực tím và đèn hồ quang cacbon ánh sáng mặt trời (ánh sáng ban ngày).
Đèn hồ quang carbon cực tím
Loại thiết bị này hoạt động bằng cách đặt một điện áp phù hợp lên các điện cực carbon trên và dưới bên trong thiết bị. Khi dòng điện đi qua, sự phóng điện hồ quang sẽ giải phóng năng lượng đáng kể, tạo ra phổ tử ngoại liên tục.
Đèn hồ quang Sunshine Carbon
Biến thể này khác ở chỗ các thanh carbon được pha tạp với các nguyên tố kim loại cụ thể, cho phép năng lượng quang phổ phát ra gần giống với ánh sáng mặt trời tự nhiên hơn. Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm đáng chú ý: tia UV sóng ngắn phát ra có cường độ không tương xứng so với tia UV thực sự chạm tới bề mặt trái đất, tạo ra sự không phù hợp với điều kiện thực tế. Ngoài ra, các thành phần tia cực tím sóng dài và ánh sáng nhìn thấy vẫn sai lệch đáng kể so với quang phổ mặt trời thực sự. Vì những lý do này, đèn hồ quang carbon ánh nắng được áp dụng hạn chế trong thực tế.
2. Phương pháp đèn UV huỳnh quang
Thiết bị đèn UV huỳnh quang hoạt động thông qua quá trình phóng hồ quang hơi thủy ngân ở áp suất thấp, kích thích các hợp chất huỳnh quang phát ra bức xạ cực tím. Quá trình này tạo ra quang phổ liên tục trong dải bước sóng tương đối hẹp. Về mặt điện, những loại đèn này có những điểm tương đồng với đèn huỳnh quang cathode lạnh tiêu chuẩn, nhưng chúng được thiết kế để phát ra tỷ lệ bức xạ UV cao hơn nhiều so với ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại.
Hạn chế chính là đèn UV huỳnh quang có thể tạo ra năng lượng bức xạ không có tự nhiên trên bề mặt trái đất, điều này có thể đẩy nhanh quá trình phân hủy vật liệu theo những cách không phản ánh sự lão hóa trong thế giới thực. Ngược lại, do những loại đèn này không phát ra đủ tia UV có bước sóng dài nên các vật liệu đặc biệt nhạy cảm với bước sóng UV dài hơn có thể ít bị suy giảm hơn so với khi chúng tiếp xúc với ánh sáng mặt trời thực tế.
Trong số các loại đèn UV huỳnh quang thường được sử dụng là UVA-340 , UVA-351 và UVB-313 :
Đèn UVA-340 tạo ra quang phổ gần giống nhất với phần UV của ánh sáng mặt trời tự nhiên, khiến nó rất phù hợp cho các thử nghiệm nhằm tái tạo các điều kiện ánh sáng ngoài trời thực tế.
Đèn UVB-313 phát ra bức xạ UV mạnh hơn đáng kể so với những gì có trong ánh sáng mặt trời tự nhiên, khiến nó phù hợp hơn cho việc sàng lọc so sánh hoặc thử nghiệm hư hỏng cấp tốc hơn là mô phỏng thực tế.
3. Phương pháp đèn hồ quang Xenon
Hệ thống đèn hồ quang xenon được nhiều người coi là thiết bị hiệu quả nhất để tái tạo toàn bộ quang phổ mặt trời, vì chúng có thể tạo ra đồng thời bức xạ cực tím, khả kiến và hồng ngoại. Sự phân bố năng lượng quang phổ của đèn hồ quang xenon trong vùng UV và vùng nhìn thấy gần giống nhất với ánh sáng mặt trời tự nhiên trong số tất cả các phương pháp thử nghiệm hiện có. Vì độ trung thực này, chiếu xạ hồ quang xenon đã trở thành kỹ thuật được áp dụng rộng rãi nhất để mô phỏng khả năng quang hóa và thử nghiệm hiệu suất lão hóa ánh sáng.
Người mẫu |
XL-S-750 |
|
Kích thước bên trong (mm) |
950*950*850mm |
|
Kích thước tổng thể (mm) |
1300*1420*1800mm |
|
Người giữ mẫu |
Tốc độ có thể điều chỉnh, 1r / phút |
|
Loại buồng |
Giá đỡ xoay |
|
Nguồn chiếu xạ |
1 miếng đèn hồ quang xenon làm mát bằng nước 4500w có thạch anh bên trong và bộ lọc borosilicate bên ngoài |
|
Phạm vi bức xạ |
150 W/㎡ |
|
Đo băng thông |
300 ~ 400nm |
|
Phạm vi nhiệt độ buồng |
-40～ 100oC ±2oC |
|
Nhiệt độ bảng đen |
BPT 35 ～ 85oC ±2oC |
|
Phạm vi độ ẩm |
Độ ẩm tương đối 30% ~ 98% |
|
Chu trình phun nước |
1~9999 H 59 M (Có thể điều chỉnh) |
|
Bộ điều khiển |
Bộ điều khiển màn hình cảm ứng LCD màu có thể lập trình |
|
Máy đo bức xạ |
Máy đo bức xạ UV, dung sai: ±5 % |
|
|
|
| Bộ điều khiển | Người giữ mẫu | Hệ thống phun mưa |
Thiết bị đèn hồ quang xenon là thiết bị chứa đèn phóng điện hồ quang xenon có độ tinh khiết cao làm nguồn sáng, ống đèn được làm bằng ống thủy tinh thạch anh trong suốt, mỗi đầu được bịt kín bằng một điện cực kim loại, khi điện cực được thêm vào điện áp cao thích hợp và được lọc bởi tấm lọc sẽ tạo ra quang phổ gần với ánh sáng mặt trời hơn.
Ánh sáng hồ quang xenon chưa được lọc trong thiết bị đèn hồ quang xenon không phải là mô hình tốt về độ phơi sáng tự nhiên của bề mặt Trái đất và phổ của mẫu thường được mô phỏng bằng một số bộ lọc quang học. Khi sử dụng bộ lọc bên trong và bên ngoài bằng thủy tinh borosilicate (bộ lọc ánh sáng ban ngày), sự phân bổ năng lượng quang phổ phát ra từ thiết bị đèn hồ quang xenon tương tự như ánh sáng mặt trời tự nhiên ngoài trời và khi bộ lọc bên ngoài được thay đổi thành thủy tinh natri-canxi (bộ lọc kính cửa sổ), nó gần giống với ánh sáng mặt trời tự nhiên được lọc bởi cửa sổ kính. Khi bộ lọc bên trong được thay đổi thành thủy tinh thạch anh (bộ lọc UV mở rộng), quang phổ có các tia UV sóng ngắn hơn không có trong ánh sáng mặt trời ngoài trời.
Ba loại điều kiện ánh sáng khác nhau, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp thử nghiệm nào phải dựa trên đặc tính của bản thân sản phẩm và môi trường bên ngoài trong quá trình sử dụng thực tế. Thực hiện thử nghiệm lão hóa ánh sáng tăng tốc nhân tạo có thể hiểu biết chính xác và sâu sắc hơn về hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm, đồng thời loại bỏ kịp thời các sản phẩm kém chất lượng hoặc khả năng cản ánh sáng kém. Ngoài ra, khi chọn các loại điều kiện ánh sáng khác nhau để thử nghiệm, trước tiên bạn phải hiểu cấu trúc của mẫu và mục đích của thử nghiệm, chẳng hạn như bạn muốn mô phỏng điều kiện ánh sáng thực tế hay thực hiện điều kiện ánh sáng phá hủy hay muốn thực hiện chiếu sáng toàn phổ. Các điều kiện vẫn muốn tập trung vào mô phỏng các điều kiện ánh sáng cực tím, để có thể chọn điều kiện quang hóa chính xác và thiết bị thử nghiệm cho phù hợp.
Thiết bị cần thiết để thực hiện các bài kiểm tra
1.Phòng thử nghiệm thời tiết tăng tốc UV
Vào những năm 1970, các buồng thử nghiệm lão hóa tăng tốc bằng tia cực tím đã xuất hiện. Chúng ta biết rằng tia cực tím trong ánh sáng mặt trời, đặc biệt là các cực đại dưới 360 nm trong quang phổ, là nguyên nhân chính gây ra lão hóa vật liệu.Buồng thử nghiệm thời tiết tăng tốc UV của LIB phát ra quang phổ tia cực tím thông qua đèn cực tím để mô phỏng phần tử ngoại của ánh sáng mặt trời nhằm đẩy nhanh quá trình lão hóa của vật liệu. Bước sóng cực đại của đèn UVB huỳnh quang (UVB-313) là khoảng 313 nm và năng lượng của nó gần như tập trung hoàn toàn trong khoảng từ 280 đến 360 nm. Phạm vi bước sóng của sự phân bố năng lượng ngắn hơn so với ánh sáng mặt trời, điều này có thể đẩy nhanh tốc độ thí nghiệm lên mức lớn nhất.
Đối với đèn UVA-340, bước sóng tia chủ yếu tập trung trong khoảng từ 295 đến 360 nm và bức xạ sóng ngắn của đèn UVA-340 rất giống với ánh sáng mặt trời trực tiếp dưới 325 nm. Theo yêu cầu lão hóa khác nhau của vật liệu, khách hàng có thể chọn các loại đèn UV khác nhau. Ngoài ra, buồng thử nghiệm thời tiết tăng tốc UV của LIB còn có hệ thống kiểm soát trắc quang có độ chính xác cao, cho phép người dùng chọn mức độ chiếu sáng mong muốn. Với sự trợ giúp của hệ thống, cường độ ánh sáng có thể được kiểm soát. Giám sát liên tục, bảo trì tự động và chính xác. Khi chọn đèn UVA-340 có cường độ 0,68 W/m2/nm và bước sóng 340, nó có thể phù hợp với cường độ ánh sáng mặt trời vào buổi trưa mùa hè.
Đồng thời, buồng thử nghiệm thời tiết tăng tốc tia cực tím của LIB cũng có thể mô phỏng ảnh hưởng của mưa và sương, có thể đạt được bằng hai cách: ngưng tụ và phun nước. Sự ngưng tụ phù hợp với độ ẩm tự nhiên. Thông qua quá trình thử nghiệm tăng tốc bằng cách tăng nhiệt độ, sản phẩm ngưng tụ tạo ra là nước tinh khiết - không tạo ra vết nước hoặc tạp chất trên mẫu. Phun mô phỏng xói mòn cơ học do biến động nhiệt độ ổn định và nước mưa cuốn trôi.
Các tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho thử nghiệm lão hóa tăng tốc bằng tia cực tím chủ yếu bao gồm ISO 4892-1:1999 'Phương pháp thử nghiệm phơi nhiễm nguồn sáng trong phòng thí nghiệm nhựa Phần 1: Quy tắc chung'; ISO 4892-3:1994 'Phương pháp thử nghiệm phơi nhiễm nguồn sáng trong phòng thí nghiệm nhựa Phần 3: Đèn UV huỳnh quang'; ASTM G-151 'Tiêu chuẩn thử nghiệm cho vật liệu phi kim loại Thiết bị thử nghiệm tăng tốc phơi nhiễm nguồn sáng trong phòng thí nghiệm'; ASTM G-154 'Phương pháp thử nghiệm tiếp xúc với nguồn ánh sáng huỳnh quang cực tím cho vật liệu phi kim loại', v.v.
Người mẫu |
UV-SI-260 |
Máy kiểm tra tia cực tím |
Kích thước bên trong (mm) |
450*1170*500 |
|
Kích thước tổng thể (mm) |
680*1300*1500 |
|
Kích thước giá đỡ mẫu (mm) |
75*150 |
|
Công suất mẫu |
56 miếng |
|
Nguồn chiếu xạ |
Đèn UV huỳnh quang (8) - 40 W |
|
Phạm vi nhiệt độ |
Môi trường xung quanh ～ 90oC ±2oC |
|
Nhiệt độ bảng đen (BPT) |
35 ～ 80oC |
|
Phạm vi độ ẩm |
≥95% RH |
|
Băng thông |
290 ~ 400nm |
|
Kiểm soát bức xạ |
0,3~20 W/㎡ |
|
Chu trình phun nước |
1~9999H59M (Có thể điều chỉnh) |
|
Khoảng cách của mẫu và đèn |
50mm |
|
|
| Vòi phun nước | Đèn UVA/B |
|
|
Người giữ mẫu Giá đỡ mẫu phẳng, tấm nhôm có vòng. Mỗi kích thước mẫu vật là 75 mm * 150 mm, có thể chứa 56 mảnh. Người giữ mẫu đặc biệt có thể được tùy chỉnh |
Bảng đen Nhiệt kế bảng đen bao gồm một tấm phẳng bằng thép không gỉ có chiều dài 150 mm, chiều rộng 70 mm và độ dày 1 mm. |
2.Phòng thử nghiệm thời tiết tăng tốc hồ quang Xenon
Vào những năm 1950, máy thử nghiệm lão hóa tăng tốc mô phỏng đèn hồ quang xenon đầu tiên xuất hiện trên thế giới. Đèn hồ quang xenon sử dụng toàn bộ quang phổ ánh sáng mặt trời làm nguồn sáng và việc sử dụng đèn hồ quang xenon được lọc đúng cách là cách tốt nhất để kiểm tra độ nhạy của sản phẩm với tia cực tím sóng dài và ánh sáng khả kiến dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp hoặc ánh sáng mặt trời qua kính. Nó không chỉ có thể mô phỏng khả năng cản sáng của vật liệu trong nhà mà còn mô phỏng môi trường khí hậu. Hiện nay, máy lão hóa đèn xenon được sử dụng rộng rãi nhất có hai loại: máy kiểm tra trống quay và máy kiểm tra với vị trí mẫu tĩnh. Trống quay được thiết kế sao cho một ống đèn được đặt ở giữa thùng chứa, bao quanh là một giá đỡ mẫu quay, xoay quanh nguồn sáng. Các hệ thống đặt mẫu như vậy thường được mô tả là 'trống quay'.
Trong buồng thử nghiệm lão hóa, nơi đặt mẫu tĩnh, mẫu thử nghiệm được giữ yên và quá trình lão hóa được kiểm soát chặt chẽ thông qua nhiều phương pháp kiểm soát khác nhau, bao gồm đèn xenon mô phỏng quang phổ ánh sáng mặt trời hoàn chỉnh, nhiều hệ thống lọc và hiệu chuẩn tiêu chuẩn ISO 9000, hệ thống kiểm soát nhiệt độ bảng đen, phương pháp thử nghiệm đáp ứng yêu cầu ISO và ASTM, giá đỡ mẫu ba chiều và chức năng phun nước.
Do hiện nay có thể lựa chọn nhiều loại buồng thử hồ quang xenon nên hầu hết các tổ chức tiêu chuẩn hóa (bao gồm ISO và ASTM) đều có xu hướng phát triển các phương pháp và phương pháp thử nghiệm dựa trên hiệu suất. Các phương pháp này xác định các điều kiện thử nghiệm (chẳng hạn như bức xạ, quang phổ, nhiệt độ, độ ẩm, v.v.) và phạm vi hiệu suất có thể chấp nhận được.
Liên hệ với LIB
Bạn cần buồng thử nghiệm lão hóa ánh sáng nào? LIB có thể cung cấp cho bạn:
buồng thử nghiệm lão hóa ánh sáng tốt nhất, giải pháp chuyên nghiệp nhất, dịch vụ mong muốn nhất theo yêu cầu và tiêu chuẩn thử nghiệm của bạn. Bạn đã sẵn sàng cải thiện việc kiểm tra độ bền vật liệu của mình chưa? Hãy liên hệ Công nghiệp LIB ngay hôm nay để có giải pháp Phòng thử nghiệm lão hóa nhẹ tùy chỉnh phù hợp với tiêu chuẩn và ứng dụng của bạn. Hãy để các chuyên gia của chúng tôi giúp bạn chọn hệ thống phù hợp và đạt được kết quả chính xác, đáng tin cậy.
