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实验室老化试验中使用的各种光源讨论
更新时间:2012-05-16   点击次数:2311次

    一.封闭式碳弧灯

    这种灯已使用大约70年之久了,在1918年首先使用在纺织品曝晒牢度试验,成为AATCC

(AmericanAssociationofTextileChemistsandColorists)的光源,现在许多旧的规范仍要求用它。

    封闭式碳弧灯由一队碳棒组成,这碳棒密封在一金属气体检块板(metalgascheckplate)和硼硅玻璃球形成的气密封套中,当电流在碳棒

之间流过,产生弧光。由于碳电极的成份,决定它燃烧时产生的光的品质,对碳棒的任何改变将改变它们的光谱能量分布(SPD),从而改变

测试条件。

    封闭式碳弧灯的SPD显示,它的主要能量集中在3个相当窄的波带中。在低于345nm处还有相对小的能量可采用,在这一段聚合物有zui大吸

收灵敏度。但封闭碳弧灯的光谱功率分布与自然日光相差较大。碳弧灯既没有自然日光中的短波紫外辐射,在400~800nm间也没有日光的高强

度能量。由于这种灯在光谱上与日光存在较大差异,要比较自然气候老化和使用碳弧灯的实验室老化相关性就困难了。

    二.日光碳弧灯

    日光碳弧灯与封闭碳弧灯一样是星期老化试验使用的光源,zui早始于1933年。弧光在三队碳棒中的一对产生,用八块玻璃滤光片环绕弧灯

,它主要用在涂料工业中,许多规范中规定使用此种光源。

    由于封闭碳弧灯的缺陷,日光碳弧灯碳棒的成份改变,使它的SPD较类似于日光方面有明显的改进。但是与日光的SPD比较在350nm和50nm

之间的很大差别仍可引起相关性差。

    三.荧光紫外灯

    在理论上进短波能量是主要的。如果它的很少能量就能导致材料的老化。为什么不显著增加这能量,达到快速试验的效果呢?比较FS-40

荧光灯的SPD和Florida太阳光的SPD,可以看出达到了增加紫外线能量的设计标准,不仅是UV能量水平增加,而且光谱范围也增加到自然光中

没有的UV能量。这能量分布的急剧改变可以使许多产品加速损坏。

    由于荧光装置中存在在地球表面测量时自然日光中没有的辐射能量,荧光装置可以引起非自然的破坏。另外荧光光源除了很窄的水银光谱

线外,没有高于375nm的能量,这样对较长波长的UV能量敏感的材料就可能不会使曝晒在自然日光下那样变化。

    由于这些固有缺陷,不仅在光谱分布上,而且还有无法控制的其他因素,从而得出不规则的结果。Atlas公司一般不考虑使用这种光源。

我们认为它的主要用途是作为一个紫外筛选装置,限于质量控制应用。四.氙弧灯

    的,也是的光源是氙弧灯,它在50年代引入使用时为空气冷却系统,随后在60年代使用水冷。这种光源对本世纪初形成加速

老化的原始概念时期使用密封碳弧灯加速老化试验装置以很大冲击。

    无论是空气冷却还是水冷却,氙灯都有相同的基本光谱能量分布(SPD),冷却的方式不同,则灯的源光玻璃装置和结构不同。下面我们

只限于讨论Atlas产品采用的水冷系统。

    水冷氙灯系统由石英,燃烧管,内,外滤光装置和不锈钢装配组件组成,不锈钢部件使各部份装配成一个系统。安装后,将去离子水或蒸

馏水泵入这系统冷却灯管和吸收长波红外能量。当用硼硅玻璃,内,外滤光时,氙灯系统zui近似于自然日光,将外滤光玻璃该为钠钙玻璃,则

接近经过玻璃窗过滤后的自然日光。

    zui初开发的2500W和6000W氙灯,由于随着点燃时间的增加,有黑色沉积物在电极区形成,随着继续使用,沉积从电极区向灯管中心扩大,

这些沉积物严重影响了灯的能量输出,使灯的寿命缩短,当时,在额定辐射水平上使用的6000W氙灯,每300~500小时就需要更换。Atlas立即

开始了改进氙灯性能的研究。

    1974年秋,在J.NORTON的指导下,研制出了6500W氙灯,这种新的氙灯工作在新的金属件中,用这种新的金属没有了电极区,消除了

黑色沉积的问题。当与Atlas的光监视系统一起使用时,6500W的氙灯使用寿命超过1500小时,一般可达2000小时。但工作在高强度辐射下的氙

灯的使用寿命会受影响。

    6500W氙灯现在在AtlasC系列气候老化仪和褪色试验仪中使用。

    氙弧灯首先用于塑料工业:许多规范如AATCC,ASTM,ISO和政府的规范都将它列入为使用灯。纺织工业是传统使用碳弧灯的用户,现在也

改变他们的规范使用氙灯。AATCC不仅规定了使用氙灯,而且规定了使用的辐射水平,以及辐射曝露剂量(每平方米多少焦耳)以便产生一个

期望的颜色变化。

    使用碳弧灯的另一传统工业是汽车工业,zui近工业纤维协会IFAI强调氙弧灯方法已发展作为汽车内部装备,装饰产品的老化试验方法

    事实上,在Ci35和Ci65氙灯老化仪中试验,证明许多产品与曝露在Florida试验基地的自然老化试验结果相关性高达98%。
 

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