《日曬氣候色牢度測(cè)試儀的光源討論》——第一期
發(fā)布時(shí)間：2017-01-10
主題：關(guān)于日曬氣候儀的光源討論
雖然應(yīng)用由于像熱，濕度和機(jī)械改變會(huì)加速老化并影響材料性能的改變，但對(duì)暴露在戶外的材料使用壽命的影響主要是太陽(yáng)光的紫外輻射，所以我從實(shí)驗(yàn)室老化試驗(yàn)中使用的各種光源開始我的討論。
一、封閉式碳弧燈
這種燈已使用大約70年之久了，在1918年首先使用在紡織品曝曬牢度試驗(yàn)，成為AATCC （American Association of Textile Chemists and Colorists）的光源，現(xiàn)在許多舊的規(guī)范仍要求用它。
封閉式碳弧燈由一隊(duì)碳棒組成，這碳棒密封在一金屬氣體檢塊板（ metal gas check plate）和硼硅玻璃球形成的氣密封套中，當(dāng)電流在碳棒之間流過，產(chǎn)生弧光。由于碳電極的成份，決定它燃燒時(shí)產(chǎn)生的光的品質(zhì)，對(duì)碳棒的任何改變將改變它們的光譜能源分布（SPD），從而改變測(cè)試條件。
封閉式碳弧燈的SPD顯示，它的主要能源集中在3個(gè)相當(dāng)窄的波帶中。在低于345nm處還有相對(duì)小的能源可采用，在這一段聚合物有吸收靈敏度。但封閉碳弧燈的光譜功率分布與自然日光相差較大。碳弧燈既沒有自然日光中的短波紫外輻射，在400~800nm間也沒有日光的高能源。由于這種燈在光譜上與日光存在較大差異，要比較自然氣候老化和使用碳弧燈的實(shí)驗(yàn)室老化相關(guān)性就困難了。
二、日光碳弧燈
日光碳弧燈與封閉碳弧燈一樣是星期老化試驗(yàn)使用的光源，始于1933年?；」庠谌?duì)碳棒中的一對(duì)產(chǎn)生，用八塊玻璃濾光片環(huán)繞弧燈，它主要用在涂料工業(yè)中，許多規(guī)范中規(guī)定使用此種光源。
由于封閉碳弧燈的缺點(diǎn)，日光碳弧燈碳棒的成份改變，使它的SPD較類似于日光方面有明顯的改進(jìn)。但是與日光的SPD比較在350nm和50nm之間的很大差別仍可引起相關(guān)性差。
三、熒光紫外燈
在理論上進(jìn)短波能源是主要的。如果它的很少能源就能導(dǎo)致材料的老化。為什么不顯著增加這能源，達(dá)到快速試驗(yàn)的效果呢？比較FS-40熒光燈的SPD和Florida太陽(yáng)光的SPD，可以看出達(dá)到了增加紫外線能源的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不僅是UV能源水平增加，而且光譜范圍也增加到自然光中沒有的UV能源。這能源分布的急劇改變可以使許多產(chǎn)品加速損壞。
由于熒光裝置中存在在地球表面測(cè)量時(shí)自然日光中沒有的輻射能源，熒光裝置可以引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能源，這樣對(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的UV能源有反應(yīng)的材料就可能不會(huì)使曝曬在自然日光下那樣變化。
由于這些固有缺點(diǎn)，不僅在光譜分布上，而且還有無(wú)法控制的因素，從而得出不規(guī)則的結(jié)果。Atlas公司一般不考慮使用這種光源。我們認(rèn)為它的主要用途是作為一個(gè)紫外篩選裝置，限于質(zhì)量控制應(yīng)用。
四、氙弧燈
好的光源是氙弧燈，它在50年代引入使用時(shí)為空氣降溫系統(tǒng)，隨后在60年代使用水冷。這種光源對(duì)本世紀(jì)初形成加速老化的原始概念時(shí)期使用密封碳弧燈加速老化試驗(yàn)裝置以很大沖擊。
從水銀一鎢絲燈到碳弧燈，以及當(dāng)今“一統(tǒng)天下”的長(zhǎng)弧氙燈，其光譜曲線都無(wú)法與太陽(yáng)光譜相符合。為此，各廠家都以不同特性的濾波器進(jìn)行修正，以期貼近太陽(yáng)光譜。
五、空冷式長(zhǎng)弧氙燈日曬儀應(yīng)解決的問題
1、光照強(qiáng)度的測(cè)量與控制
被試材料所受的光照能源太小直接影響其染料，因此輻照能源的監(jiān)測(cè)與控制尤為重要。一開始中國(guó)紡織行業(yè)所使用的日曬氣候色牢度儀是從仿造日本須賀公司生產(chǎn)的XF L—I開始。該機(jī)在上世紀(jì)80～90年代為解決紡織業(yè)較低端的檢測(cè)任務(wù)立下了汗馬功勞，但由于該機(jī)的技術(shù)性能存在先天的不足：壓力水泵噴霧，故障率高，噪音大；毛發(fā)式指針濕度計(jì)控制精度低(±10％RH)，反應(yīng)遲鈍；倉(cāng)內(nèi)溫度無(wú)法控制，再加上電氣原理設(shè)計(jì)陳舊，歷經(jīng)20年沒有太大的改進(jìn)，所以沒有對(duì)同類進(jìn)口儀器形成絲毫的壓力。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)推出采用全能源補(bǔ)償式的日曬氣候色牢度儀，在光照強(qiáng)度220～1 100 W／m2范圍內(nèi)可任意設(shè)定，并自動(dòng)補(bǔ)償。這樣就可以做到被測(cè)物是在已知的輻射強(qiáng)度下作了已知時(shí)間的試驗(yàn)，從而解決了20年來(lái)懸而未決的問題。
2、濕度的測(cè)量與控制
試樣的褪色過程包括染料的光熱分散、水溶和升華等。當(dāng)濕度明顯加大時(shí)，絕大部分染料的水溶性會(huì)加強(qiáng)，分散會(huì)加速，因此，儀器要有靈敏、快捷而又可靠的濕度測(cè)量補(bǔ)償系統(tǒng)，以期確保倉(cāng)內(nèi)濕度綜合精度≤±5％RH，且連續(xù)無(wú)故障間歇式運(yùn)行達(dá)1年以上。
3、倉(cāng)內(nèi)溫度
由于長(zhǎng)氙弧燈在發(fā)光的同時(shí)產(chǎn)生了大量的熱量，致使倉(cāng)內(nèi)熱量形成累積效應(yīng)，溫度逐漸升高。國(guó)產(chǎn)儀器的通行做法是加大通風(fēng)量。其結(jié)果卻引起了倉(cāng)內(nèi)狀態(tài)的不穩(wěn)定，使空氣流速失控。為此，只有增加制冷系統(tǒng)，才能控制倉(cāng)內(nèi)的溫度。以上只是解決了儀器的精度問題，困擾國(guó)產(chǎn)紡儀的關(guān)鍵問題是儀器的可靠性。而故障終點(diǎn)絕大部分集中在電氣系統(tǒng)上，尤其是與操作有關(guān)的器件(如面板按鍵、功能轉(zhuǎn)換等)。
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我司日曬氣候試驗(yàn)機(jī)有如下特點(diǎn)：
特點(diǎn)一：氙燈光源接近日光。能摸擬陽(yáng)光光譜的氙弧燈來(lái)再現(xiàn)不同環(huán)境下存在的破壞性光波，相較而言具備這個(gè)特點(diǎn)的日曬氣候試驗(yàn)機(jī)，可以很好的模擬在不同環(huán)境條件下，材料暴露在陽(yáng)光下所產(chǎn)生的變化，會(huì)因?yàn)槟M的實(shí)驗(yàn)環(huán)境更接近自然狀態(tài)，所以得出的檢測(cè)結(jié)果會(huì)更為準(zhǔn)確。
特點(diǎn)二：控制準(zhǔn)確且自動(dòng)化程度高。有如此控制的日曬氣候試驗(yàn)機(jī)使用起來(lái)必然非常方便，需要進(jìn)行的人工操作較少，能夠以準(zhǔn)確的控制保證檢測(cè)精度，并以較高的自動(dòng)化程度智能地完成檢測(cè)工作。
特點(diǎn)三：有智能操作顯示系統(tǒng)。具備著這個(gè)特點(diǎn)的日曬氣候試驗(yàn)機(jī)，可以方便大家設(shè)置參數(shù)，并通過顯示功能觀察設(shè)置效果，如此操作儀器的時(shí)候會(huì)更加簡(jiǎn)單方便。
特點(diǎn)四：機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理。優(yōu)化合理的結(jié)構(gòu)的日曬氣候試驗(yàn)機(jī)，不論是在功能方面，還是在使用操作上都會(huì)有很好的優(yōu)勢(shì)，以此對(duì)檢測(cè)工作優(yōu)化進(jìn)行更為有利。
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