氙燈曝曬結(jié)果:Q-Sun 與轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)箱之間的比較

本文研究平板式氙燈試驗(yàn)箱是否能提供與舊的轉(zhuǎn)鼓式氙燈試驗(yàn)箱相同的試驗(yàn)結(jié)果.最終目的,是對以性能為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)際應(yīng)用中的有效性進(jìn)行評估。我們測試了9種不同的材料,它們涉及多種材料種類和降解模式.在平板式和轉(zhuǎn)鼓式氙燈曝曬之間得到了很好的一致性.這些結(jié)果顯示，只要可比較的過濾器系統(tǒng)和曝曬條件被正確地定義和執(zhí)行，以性能為基礎(chǔ)的測試方法是有效的.無論哪種型號或制造商,兩種試驗(yàn)箱幾乎所有的曝曬結(jié)果之間的差異都在可接受的正常變化范圍之內(nèi).

背景

過去，大多數(shù)氙燈老化和光穩(wěn)定性試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)是，燈管位于測試箱的中心，而一個(gè)圓柱形樣品架載著樣品像旋轉(zhuǎn)木馬一樣圍繞光源旋轉(zhuǎn)。這種樣品安裝系統(tǒng)通常被稱為“旋轉(zhuǎn)鼓”，并在第一次世界大戰(zhàn)后以碳弧耐光試驗(yàn)箱的形式問世。轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)箱有許多制造廠家和多種類型及型號。一些旋轉(zhuǎn)鼓帶有直邊，另一些則有幾層，以各種角度向光源傾斜，以圖增進(jìn)輻照度的均勻性。列于附錄A.1的不同的制造商和型號選用不同的系統(tǒng)和方法以控制輻照強(qiáng)度和均勻性、黑板溫度、箱體空氣溫度、溫度均勻性、相對濕度和氣流速度等關(guān)鍵測試參數(shù)。最近，平板樣品安裝系統(tǒng)的Q-Sun氙燈試驗(yàn)箱問世（見附錄A.2）。如同舊的轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)箱，這些平板試驗(yàn)箱使用多種方法來控制測試條件

“以性能為基礎(chǔ)” 的標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)在市場上已經(jīng)有很多類型的氙燈試驗(yàn)箱，因此包括 ISO 和 ASTM 在內(nèi)的大多數(shù)技術(shù)組織鼓勵(lì)開發(fā)以性能為基礎(chǔ)的測試方法和測試程序。這些方法描述了測試條件（如輻照度、光譜、溫度和濕度等）以及可以接受的性能范圍，而沒有要求必須使用哪種設(shè)備或?qū)τ布?gòu)造加以要求。這些新的測試方法正在取代舊的對硬件（如水冷燈管還是氣冷燈管）加以要求的測試方法。舊的以硬件為基礎(chǔ)的測試方法，與當(dāng)時(shí)缺乏可行的技術(shù)以對關(guān)鍵測試條件進(jìn)行精確測量和控制有關(guān)。由于我們不能充分地描述曝曬條件的特點(diǎn)，我們制定了簡單描述這些測試裝置的方法。這一方法寄希望于，通過使用同樣（或非常類似）的硬件，能夠?qū)y試樣品曝曬在同樣的條件下并得到相同的結(jié)果。不幸的是，這種方法并非總是有效的。
舊的以硬件為基礎(chǔ)的測試方法還阻礙技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步，因?yàn)樗鼈儼延脩艟窒拊凇拔覀円郧耙恢笔沁@樣做的”。改進(jìn)的技術(shù)和參數(shù)控制被自動(dòng)否決。在一些極端情況下，一些以硬件為基礎(chǔ)的測試方法實(shí)際上指定的硬件是早已過時(shí)的或不再銷售的。
新的以性能為基礎(chǔ)的測試方法很明顯對用戶有利。它們詳細(xì)定義了曝曬條件。確保了在技術(shù)和參數(shù)控制方面的改進(jìn)。最后，它們鼓勵(lì)競爭（這會(huì)降低用戶成本）。這些以性能為基礎(chǔ)的方法包括 ISO 4892，ISO11341，ASTMG151 以及 ASTM G155。

實(shí)驗(yàn)室老化試驗(yàn)箱之間的固有差異

當(dāng)我們比較兩個(gè)試驗(yàn)箱的結(jié)果時(shí)，即使結(jié)果來自同一制造商的同一型號，甚至測試是在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)室由同一個(gè)人進(jìn)行操作的，我們?nèi)詴?huì)發(fā)現(xiàn)曝曬結(jié)果之間存在差異這會(huì)使那些理所當(dāng)然地認(rèn)為結(jié)果不會(huì)有差異的科學(xué)家感到失望。然而，這是當(dāng)前技術(shù)的局限性所造成的。
由ASTM G03老化和耐候性委員會(huì)進(jìn)行的一項(xiàng)研究，對由同一制造商生產(chǎn)的不同型號的氙燈試驗(yàn)箱的測試結(jié)果的一致性進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被測材料按“與其它材料或標(biāo)準(zhǔn)樣品的性能進(jìn)行排序比較時(shí)”(ASTM G151)，測試結(jié)果之間存在很好的一致性。然而, 即使使用制造商生產(chǎn)的相同型號的設(shè)備，“不同的實(shí)驗(yàn)室使用相同的測試裝置和曝曬循環(huán)，所得到的結(jié)果的絕對值卻有很大差異” (根據(jù)ASTM G151 精度和偏差聲明)。這些結(jié)果的詳細(xì)信息，請參閱 Fischer (1993) 以及 Foisher 和 Ketola(1995 ) 的論文。

ASTM 關(guān)于試驗(yàn)箱存在內(nèi)在差異性的結(jié)論，得到了SAE/IFAI 紡織品和彈性塑料委員會(huì)的證實(shí)。SAE/IFAI 對每一批次的SAE J1960 和 J1885 用聚苯乙烯標(biāo)樣設(shè)定性能極限。其中一些測試結(jié)果會(huì)在本文中加以討論。結(jié)論是：很不幸，沒有一個(gè)全面的測試結(jié)果，可變性是不可避免的。

研究目的

本文研究平板式氙燈試驗(yàn)箱是否能提供與舊的轉(zhuǎn)鼓式氙燈試驗(yàn)箱相同的試驗(yàn)結(jié)果。最終目的，是對以性能為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用中的有效性進(jìn)行評估。

為了確定轉(zhuǎn)鼓式樣品架與平板式樣品架的氙燈曝曬方面的相關(guān)性，我們對 9 種不同類型的材料進(jìn)行了對比測試。

本文將對一系列測試結(jié)果進(jìn)行比較和總結(jié)。它將證明，只要關(guān)鍵的曝曬參數(shù)得到合理控制，以性能為基礎(chǔ)的方法就可以得到適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。研究使用了不同型號的平板式 Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱，并且與Atlas 轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)箱的多種型號的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，只要使用可比較的過濾系統(tǒng)和曝曬條件，Q-Sun 基本上可產(chǎn)生與Atlas 試驗(yàn)箱相同的結(jié)果。