耐太阳辐射检测
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发布时间:2025-07-11 16:28:41 更新时间:2025-07-10 16:28:41
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作者:中科光析科学技术研究所检测中心
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太阳辐射,特别是其中的紫外线(UV)、可见光和红外线(IR)能量,是导致户外使用的材料、涂层和产品性能退化甚至失效的主要环境因素之一。长时间的阳光暴晒会引发一系列物理和化学变化,例如:颜色褪色或黄变、表面粉化、光泽度下降、脆化开裂、强度降低、密封失效以及电气性能下降等。因此,“耐太阳辐射检测”成为评估产品(尤其是汽车部件、建筑材料、纺织品、塑料、涂料、粘合剂、橡胶制品、户外家具、光伏组件等)长期户外使用可靠性和使用寿命的至关重要的环境可靠性测试项目。该检测的核心在于模拟太阳光(主要是紫外光谱)的破坏作用,通过加速老化的方法,在实验室内相对短的时间内预测材料或产品在实际户外环境中长期暴露可能产生的劣化现象。这对于产品的研发设计、质量控制、寿命预测及满足相关行业标准和法规要求具有重要意义。
耐太阳辐射检测主要关注材料或产品在模拟太阳光(特别是紫外光)照射下发生的各种性能变化,常见的检测项目包括:
1. 外观变化: 颜色变化(色差ΔE*、白度指数、黄变指数)、光泽度变化、表面状态变化(粉化、开裂、起泡、剥落、斑点、失光、印痕等)的评估。
2. 物理性能变化: 拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度、硬度、尺寸稳定性、粘接强度等力学性能的保持率。
3. 化学性能变化: 分子结构变化(如傅里叶变换红外光谱FTIR分析)、氧化诱导期(OIT)变化。
4. 功能性评估: 对于特定产品,可能还需评估其电气性能(如绝缘电阻、介电强度)、光学性能(如透光率)或密封性能等在辐照后的变化。
5. 失效模式分析: 确定主要的失效形式和机理。
实验室进行耐太阳辐射加速老化测试的核心设备是氙灯老化试验箱 (Xenon Arc Weathering Tester) 和 紫外老化试验箱 (UV Weathering Tester):
1. 氙灯老化试验箱: * 原理: 利用氙弧灯作为光源,其光谱能量分布(SPD)与太阳光在地面的光谱(特别是紫外到可见光部分)非常接近,是目前模拟太阳光全光谱(包括UV、可见光和部分IR)最理想的实验室光源。 * 核心组件: 氙弧灯管(不同功率)、滤光器系统(用于调整光谱,如日光滤光器、窗玻璃滤光器)、样品架(旋转或静止)、辐照度控制系统(监测并自动调节光强,通常以340nm或420nm波长为控制点)、温度控制系统(黑板温度BPT、黑标温度BST、箱体温度)、湿度控制系统、喷淋/冷凝系统(模拟降雨或露水)。
2. 紫外老化试验箱 (通常指QUV): * 原理: 主要使用荧光紫外灯(UVA-340灯管可最佳模拟太阳光中的短波紫外部分,UVB-313灯管则具有更强的破坏力)。它侧重于紫外光引发的材料老化。 * 核心组件: 紫外灯管(UVA-340, UVB-313等)、样品架、辐照度控制系统(通常在340nm控制)、温度控制系统(冷凝温度、辐照温度)、冷凝系统(模拟露水)。
两种设备各有侧重:氙灯箱模拟更全面,更接近真实太阳光;紫外灯箱在紫外部分模拟强且成本相对低,加速性更强,尤其对紫外敏感的材料。
耐太阳辐射检测的核心方法是加速老化试验:
1. 实验室加速老化测试: * 氙灯老化测试: 将样品放入氙灯试验箱中,按照设定的测试循环运行。一个循环通常包括:光照(控制辐照度、温度、湿度)+ 黑暗/喷淋(或仅黑暗/喷淋)。通过增强辐照度、温度、湿度等应力因素,加速材料的老化进程。 * 紫外老化测试 (QUV): 测试循环通常包括:紫外光照(控制辐照度、温度)+ 冷凝(模拟露水,控制温度)。标准的循环如8小时UV光照(高温) + 4小时冷凝(低温)。
2. 自然暴露试验: 将样品直接放置在特定地点的户外暴晒架上,接受真实的太阳辐射、温度、湿度、降雨等综合气候因素的作用。这种方法结果最真实,但耗时极长(通常需1年以上甚至数年),且结果受地理位置、季节、年份等因素影响大,重现性较差。常作为实验室加速测试的验证和基准。
检测流程通常包括:样品准备 -> 初始性能测试 -> 放入老化设备进行规定时间的循环暴露 -> 定期取出检查外观和/或测试性能 -> 最终性能测试 -> 与初始值比较 -> 评估耐候性等级/寿命预测。
国内外有大量的标准规定了耐太阳辐射(氙灯或紫外光加速老化)的测试条件、程序和要求,常见标准包括:
1. 国际标准: * ISO 4892 (系列): 塑料 - 实验室光源暴露方法。其中ISO 4892-2 详细规定了氙灯暴露测试方法,ISO 4892-3 规定了紫外荧光灯暴露测试方法。这是最广泛使用的基础标准。 * ASTM G155: 非金属材料曝露用氙弧灯设备操作的标准规程。 * ASTM G154: 非金属材料曝露用荧光紫外灯设备操作的标准规程。 * SAE J2527: 汽车外饰材料氙灯加速暴露试验 (由汽车制造商制定的严格氙灯老化标准,常结合喷淋)。 * IEC 61215 (光伏): 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型,其中包含紫外预处理试验要求。
2. 中国国家标准 (GB) 和行业标准: * GB/T 1865: 色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射曝露 滤过的氙弧辐射(等效于ISO 11341)。 * GB/T 16422 (系列): 塑料实验室光源暴露试验方法 (GB/T 16422.2对应氙灯,GB/T 16422.3对应荧光紫外灯,等效于ISO 4892系列)。 * GB/T 2423.24: 环境试验 第2部分:试验方法 试验Sa:模拟地面上的太阳辐射(主要用于电工电子产品)。 * 各行业标准:如汽车、建筑、纺织等行业都有针对其特定产品的耐候性(太阳辐射)测试标准,通常引用或修改自上述基础标准。
选择哪种仪器(氙灯/紫外)、采用哪个标准、设定何种具体的测试条件(光源类型、辐照度、黑板温度、箱体温度、相对湿度、喷淋/冷凝周期、测试总时间或辐照总量)取决于被测材料的类型、最终应用环境、以及需要满足的特定标准或客户要求。
证书编号:241520345370
证书编号:CNAS L22006
证书编号:ISO9001-2024001
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