《日晒气候色牢度测试仪的光源讨论》——第一期
发布时间:2017-01-10
主题:关于日晒气候仪的光源讨论
虽然应用由于像热,湿度和机械改变会加速老化并影响材料性能的改变,但对暴露在户外的材料使用寿命的影响主要是太阳光的紫外辐射,所以我从实验室老化试验中使用的各种光源开始我的讨论。
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 (American Association of Textile Chemists and Colorists)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( metal gas check plate)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源分布(SPD),从而改变测试条件。
封闭式碳弧灯的SPD显示,它的主要能源集中在3个相当窄的波带中。在低于345nm处还有相对小的能源可采用,在这一段聚合物有吸收灵敏度。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间也没有日光的高能源。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,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点,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
在理论上进短波能源是主要的。如果它的很少能源就能导致材料的老化。为什么不显著增加这能源,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源的设计标准,不仅是UV能源水平增加,而且光谱范围也增加到自然光中没有的UV能源。这能源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源,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的能源,这样对较长波长的UV能源有反应的材料就可能不会使曝晒在自然日光下那样变化。
由于这些固有缺点,不仅在光谱分布上,而且还有无法控制的因素,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
好的光源是氙弧灯,它在50年代引入使用时为空气降温系统,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。
从水银一钨丝灯到碳弧灯,以及当今“一统天下”的长弧氙灯,其光谱曲线都无法与太阳光谱相符合。为此,各厂家都以不同特性的滤波器进行修正,以期贴近太阳光谱。
五、空冷式长弧氙灯日晒仪应解决的问题
1、光照强度的测量与控制
被试材料所受的光照能源太小直接影响其染料,因此辐照能源的监测与控制尤为重要。一开始中国纺织行业所使用的日晒气候色牢度仪是从仿造日本须贺公司生产的XF L—I开始。该机在上世纪80~90年代为解决纺织业较低端的检测任务立下了汗马功劳,但由于该机的技术性能存在先天的不足:压力水泵喷雾,故障率高,噪音大;毛发式指针湿度计控制精度低(±10%RH),反应迟钝;仓内温度无法控制,再加上电气原理设计陈旧,历经20年没有太大的改进,所以没有对同类进口仪器形成丝毫的压力。目前,国内已经推出采用全能源补偿式的日晒气候色牢度仪,在光照强度220~1 100 W/m2范围内可任意设定,并自动补偿。这样就可以做到被测物是在已知的辐射强度下作了已知时间的试验,从而解决了20年来悬而未决的问题。
2、湿度的测量与控制
试样的褪色过程包括染料的光热分散、水溶和升华等。当湿度明显加大时,绝大部分染料的水溶性会加强,分散会加速,因此,仪器要有灵敏、快捷而又可靠的湿度测量补偿系统,以期确保仓内湿度综合精度≤±5%RH,且连续无故障间歇式运行达1年以上。
3、仓内温度
由于长氙弧灯在发光的同时产生了大量的热量,致使仓内热量形成累积效应,温度逐渐升高。国产仪器的通行做法是加大通风量。其结果却引起了仓内状态的不稳定,使空气流速失控。为此,只有增加制冷系统,才能控制仓内的温度。以上只是解决了仪器的精度问题,困扰国产纺仪的关键问题是仪器的可靠性。而故障终点绝大部分集中在电气系统上,尤其是与操作有关的器件(如面板按键、功能转换等)。
参考文献
1 徐海松编著.颜色信息工程[M].杭州:浙江大学出版社,2005。
2 李汝勤等.纤维和纺织品的测试原理与仪器[M].北京:中国纺织大学出版社,1995。
3 严灏景主编.纺织仪器学[M].北京:中国财政经济出版社,1965。
4 荆其成等.色度学[M].北京:科学出版社,1979。
我司日晒气候试验机有如下特点:
特点一:氙灯光源接近日光。能摸拟阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下存在的破坏性光波,相较而言具备这个特点的日晒气候试验机,可以很好的模拟在不同环境条件下,材料暴露在阳光下所产生的变化,会因为模拟的实验环境更接近自然状态,所以得出的检测结果会更为准确。
特点二:控制准确且自动化程度高。有如此控制的日晒气候试验机使用起来必然非常方便,需要进行的人工操作较少,能够以准确的控制保证检测精度,并以较高的自动化程度智能地完成检测工作。
特点三:有智能操作显示系统。具备着这个特点的日晒气候试验机,可以方便大家设置参数,并通过显示功能观察设置效果,如此操作仪器的时候会更加简单方便。
特点四:机械设计结构优化合理。优化合理的结构的日晒气候试验机,不论是在功能方面,还是在使用操作上都会有很好的优势,以此对检测工作优化进行更为有利。