使用發(fā)光等離子體光源測試促進(jìn)的光降解的裝置和方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明，使用類似于紫外光區(qū)域的太陽光的發(fā)光等離子體光源，諸如現(xiàn)有的光降解方法中廣泛使用的氙弧光源，其具有可見光區(qū)域和長波紅外光區(qū)域的低照射強(qiáng)度的光功率譜，諸如金屬環(huán)光源，確保了太陽光光降解的再現(xiàn)性并能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度紫外線照射，而不會(huì)導(dǎo)致樣本過熱。因此，使用氙弧光源利用常用的光降解測試方法，可實(shí)現(xiàn)光降解促進(jìn)測試的3至30倍超促進(jìn)加速。本發(fā)明提供了也利用超聲波振動(dòng)水箱產(chǎn)生的浸泡條件的方法，以便彌補(bǔ)超促進(jìn)測試方法中伴隨的常見問題，即水分滲透效應(yīng)的缺陷，根據(jù)材料的特征實(shí)現(xiàn)了多種加速測試條件。
【專利說明】使用發(fā)光等離子體光源測試促進(jìn)的光降解的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及加速光降解測試或風(fēng)化測試技術(shù)，借助包括紫外光和可見光在內(nèi)的模擬太陽光光降解的光，能夠有效進(jìn)行光降解測試，更具體地，涉及一種使用無電極等離子光源短時(shí)間內(nèi)評估或預(yù)測材料和產(chǎn)品的光降解導(dǎo)致的降解和失效的測試裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，用于形成塑料、橡膠、油漆涂層等的聚合物材料和有機(jī)材料的特點(diǎn)是，含有作為主要成分并與碳、氫、氮、氧等有機(jī)元素以共價(jià)鍵鍵合的大分子，并且與金屬材料和陶瓷材料相比，具有不易被光、熱等降解因子降解的特性。蠕變、疲勞、應(yīng)力松弛等物理降解大多數(shù)基于分子之間鍵的破壞或分子之間的移動(dòng)。相反，利用紫外光等光線進(jìn)行化學(xué)降解大多數(shù)伴隨分子內(nèi)鍵的破壞。
[0003]當(dāng)聚合物吸收對應(yīng)于破壞聚合物主鏈的能的光能時(shí)，產(chǎn)生紫外光對聚合物的降解。此處，所述破壞能被稱為鍵離解能。
[0004]鍵離解能取決于各種分子鍵狀態(tài)，從過氧化物結(jié)構(gòu)鍵(0-0)等較弱鍵能到羥基鍵(O-H)等較強(qiáng)的鍵能。在組成分子主鏈的碳-碳鍵或碳-氫鍵的情況下，鍵離解能具有83kcal/mol以上的相對高的能量。
[0005]因此，期望只有碳-碳鍵或碳-氫鍵組成的聚合物材料，諸如聚乙烯和聚丙烯能提供相對較好的耐光性。然而，事實(shí)上，耐光性也達(dá)不到預(yù)期。估計(jì)有很多原因?qū)е铝诉@一結(jié)果。然而，不規(guī)則缺陷結(jié)構(gòu)中烯丙基位置上的碳-碳鍵或通過重復(fù)單體聚合的不規(guī)則反應(yīng)或副反應(yīng)形成的乙烯基和亞乙烯基結(jié)構(gòu)等鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中叔碳的碳-氫鍵導(dǎo)致的分子結(jié)構(gòu)問題，可能是相對較低鍵離解能的一個(gè)原因。相應(yīng)地，即使在相同分子結(jié)構(gòu)表示的聚合物材料中，耐光性也可能會(huì)因這種內(nèi)部缺陷的種類或數(shù)量而有所不同。
[0006]即使聚合物材料或有機(jī)材料的分子結(jié)構(gòu)針對相同的光是不同的，也會(huì)出現(xiàn)基于上述不同分子結(jié)構(gòu)的光降解的差別，但是同樣意味著即使相反地，施加到具有相同分子結(jié)構(gòu)的聚合物材料或有機(jī)材料的光特性是不同的，也會(huì)出現(xiàn)上述差別。因此，在加速光降解測試或風(fēng)化測試中，根據(jù)測試裝置使用的光特性與實(shí)際太陽光特性的相符程度，能重現(xiàn)或準(zhǔn)確預(yù)測多少室外太陽光的光降解現(xiàn)象成為了最重要的技術(shù)特性。
[0007]從太陽發(fā)出到地球表面的輻射能含有各種波長范圍的光，從紫外光、可見光到紅外光?；谔囟ǖ牟ㄩL帶，這種太陽光成分的劃分，僅僅分為紫外光、可見光到紅外光，并不意味著這三種不同類型的光分別到達(dá)地球的表面。事實(shí)上，太陽光在寬的波長帶上具有連續(xù)的光譜，并不具有把太陽光分成三種光的任何標(biāo)準(zhǔn)。
[0008]已知太陽的表面溫度通常為5，780K，太陽輻射的光功率譜具有與溫度同樣為5，780K的黑體的連續(xù)光譜相類似的波長分布。然而，穿過地球大氣過程中，太陽輻射受到反射、散射、吸收等影響。因此，穿過地球大氣的太陽輻射能與到達(dá)地球大氣外部平流層的太陽輻射能不一致。
[0009]最能表現(xiàn)變化的波長帶為短波紫外光范圍，其大多數(shù)在地球的臭氧層被過濾。因此，大多數(shù)大氣之外存在的約200-295nm短波范圍的紫外光被去除，到達(dá)地球表面的太陽輻射能只含有約295nm以上波長的光。
[0010]由于這一特性，太陽輻射能中含有的短波紫外光的量甚至受到穿過大氣的方式影響，也取決于太陽離海平面的海拔高度和太陽到地球表面的海拔高度，對穿過大氣的影響看上去有所不同。
[0011]當(dāng)太陽輻射能到達(dá)地球表面時(shí)，由于太陽光的光功率譜受到地區(qū)和氣候的影響，太陽輻射中含有的紫外光和光功率特性根據(jù)地區(qū)、季節(jié)、氣候和時(shí)區(qū)而有所不同。然而，為了方便起見，把某些參考作為使用的標(biāo)準(zhǔn)。把國際照明委員會(huì)(CIE)創(chuàng)建的出版物CIE85-1989作為用于測試模擬太陽光的標(biāo)準(zhǔn)光源參考，太陽輻射中紫外光、可見光和紅外光的含量比通常分別為6.8%、55.4%和37.8%。
[0012]在到達(dá)地球表面的太陽輻射中含有的紫外光中，具有與最短波長對應(yīng)的短波UVB區(qū)域(約280-315nm)的紫外光僅約為3%。然而，由于UVB區(qū)域中含有的光具有相對強(qiáng)的光子能量，即使UVB區(qū)域中含有的光量很小，也可對聚合物和有機(jī)材料的光降解產(chǎn)生很強(qiáng)的效應(yīng)，從而認(rèn)為是太陽光模擬中很重要的人造光源。
[0013]為了使暴露在聚合物材料等有機(jī)材料中的紫外光對化學(xué)降解產(chǎn)生效應(yīng)，暴露在材料中的紫外光能量必須被吸收，基本上取決于有機(jī)材料的單一紫外光吸收特性。這一特性基本取決于化學(xué)分子結(jié)構(gòu)，為各個(gè)聚合物材料提供不同的吸收特性。通常，許多聚合物材料的紫外吸收光譜方面(aspect)表現(xiàn)出接近300nm的短波區(qū)域的吸收率增加而接近400nm的長波區(qū)域的吸收率降低的趨勢。然而，由于各個(gè)聚合物材料的紫外吸收光譜方面是不同的，很難一概而論。
[0014]當(dāng)具有特定光功率譜的光源，諸如太陽光照射到上述提到的具有不同紫外光吸收光譜的聚合物材料時(shí)，聚合物材料的耦合器吸收特定波長的光能，以進(jìn)行導(dǎo)致分解和氧化反應(yīng)的化學(xué)降解。相應(yīng)地，特定光源，諸如太陽光的激發(fā)光譜得以存在。
[0015]各個(gè)聚合物材料的差分紫外光吸收光譜導(dǎo)致的各種激發(fā)光譜因此成為導(dǎo)致利用紫外光或可見光區(qū)域中具有不同光功率譜的其他光源的光降解測試之間不一致的主要原因。這是導(dǎo)致與太陽光的光功率譜不一致的人造光源的測試結(jié)果與實(shí)際太陽光的測試結(jié)果之間不一致的最基本的原因。特別地，在對光降解產(chǎn)生直接效應(yīng)的紫外光區(qū)域，太陽光和人造光之間的光功率譜是否不一致是很重要的。相應(yīng)地，在聚合物材料和有機(jī)材料的光降解測試中，選擇人造光源并使用具有在特定波長區(qū)域中去除紫外光功能的過濾器在技術(shù)上是有意義的。
[0016]然而，目前為止，在已開發(fā)的人造光源中，沒有可用的光源具有與太陽光完全一致的光功率譜。即使常用來模擬太陽光的氙弧燈或金屬鹵化燈在不使用過濾器的情況下也不能夠提供與太陽光的一致性，即使在使用適當(dāng)過濾器的情況下，也不可能在整個(gè)區(qū)域以及紫外光區(qū)域與太陽光功率譜完全一致。因此，實(shí)際的選擇是，采取一種方法，使用能夠去除太陽光中不含的短波紫外光的紫外光過濾器，以便與太陽光一致，即使短波紫外光在光降解中的影響很大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0017]技術(shù)問題
[0018]如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)的人造光源中，利用整個(gè)紫外光區(qū)域中太陽光的光功率譜事實(shí)上不可能完全構(gòu)成人造光源的光功率譜。有鑒于此，已經(jīng)進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查，用太陽光構(gòu)成能產(chǎn)生更強(qiáng)老化作用的短波紫外光。
[0019]然而，盡管做出了技術(shù)努力，模擬太陽光的人造光源仍然僅限于氙弧光源或金屬鹵化物球形燈等。其他高壓和低壓汞燈、陽光碳弧燈、紫外光熒光燈、紫外光LED燈(參見專利文件I和2)以及一些金屬鹵化物燈(參見專利文件3)等可發(fā)出紫外光區(qū)域的光。然而，整個(gè)光功率譜與太陽光不同。因此，仍然存在這些光源中不適合用于模擬太陽光的問題。
[0020]具體而言，當(dāng)前模擬太陽光通?？蛇x擇的光源為氙弧光源或金屬鹵化物球形燈。然而，這些光源的光降解測試仍然存在的問題是，其照射強(qiáng)度僅限于類似太陽光達(dá)到地球表面的紫外光的照射強(qiáng)度水平。
[0021]換言之，除了對聚合物材料的光降解起重要作用的紫外光之外，太陽光還有更多的可見光和紅外光。由于使用更高照射強(qiáng)度水平的這類光源時(shí)伴隨的很強(qiáng)的集熱效應(yīng)，熱敏聚合物材料會(huì)受到熱而不是紫外光的熱降解或熱變形。由于該效應(yīng)，在典型的加速光降解測試中，使用115W/m2以下的照射強(qiáng)度(約300至400nm的范圍內(nèi))，對應(yīng)白天平均紫外光三倍的光量。
[0022]鑒于這一問題，使用高度模擬太陽光的人造光源的光降解測試中，使用高強(qiáng)度紫外光照射不能夠進(jìn)行高加速的光降解加速測試。為了增加暴露于單位面積的紫外光照射的強(qiáng)度，嘗試了各種試驗(yàn)，例如包括照射到相同點(diǎn)的幾個(gè)光源燈重疊安裝，試樣架(specimenholder)和光源燈之間的距離在允許范圍內(nèi)盡可能接近。然而，這些嘗試僅僅是用于增加從光源照射的紫外光照射的強(qiáng)度的手段，不會(huì)提供防止熱降解和熱損傷的適當(dāng)?shù)姆椒ǎ蚨ǔ２槐皇褂谩?br>
[0023]相反，一些高壓和低壓汞燈以及金屬鹵化物燈具有生成較高強(qiáng)度水平的紫外光照射的特征，即使這些燈中可見光和紅外光的含量很低。因此，能夠使用高強(qiáng)度紫外光照射進(jìn)行高加速測試，而不會(huì)對聚合物材料產(chǎn)生熱降解或熱損傷。
[0024]然而，由于紫外光區(qū)域中對聚合物材料產(chǎn)生光降解效應(yīng)的光功率譜以及短波可見光的光功率譜與太陽光的光譜有很大不同，配備有這些燈的裝置的問題在于，不能完全再現(xiàn)太陽光的光降解。鑒于這一問題，該裝置在測試結(jié)果的利用和應(yīng)用上非常有限。一般來說，配備有這些燈的這類測試裝置不用于預(yù)測太陽光導(dǎo)致的光降解，而僅限于抗紫外光的簡單比較評價(jià)應(yīng)用中。
[0025]因此，使用兩組燈對包括聚合物材料和有機(jī)材料的有機(jī)材料產(chǎn)品進(jìn)行光降解測試。一組是具有太陽光模擬特征，但不具有高強(qiáng)度的紫外光照射的氙弧燈和金屬鹵化物燈，另一組是有利地具有高強(qiáng)度的紫外光照射但缺乏太陽光模擬特征的汞燈和金屬燈。此外，不具有高強(qiáng)度的紫外光照射，同樣缺乏太陽光模擬特征的紫外光熒光燈、紫外發(fā)光二級管燈等也用作聚合物材料的光降解測試中的光源。
[0026]需要多種燈用作聚合物材料的太陽光光降解的測試或模擬的原因歸因于以下事實(shí):每種燈都具有多種特征和優(yōu)缺點(diǎn)。然而，具有適合高加速光降解測試中能夠使用的高加速光降解裝置的高強(qiáng)度紫外光照射特征連同適合模擬太陽光的光功率特征的光降解測試裝置非常稀少。
[0027]為此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了補(bǔ)救措施，應(yīng)對將上述提到的氙弧燈和金屬鹵化物球形燈應(yīng)用到高加速光降解測試裝置以及上述提到的高壓和低壓汞燈、紫外光熒光燈等導(dǎo)致的缺乏太陽光模擬特征的測試裝置的問題，以便在維持太陽光光降解的模擬特征的同時(shí)能夠進(jìn)行高加速降解測試。因此，使用無電極等離子體燈作為光源能夠在短時(shí)間內(nèi)評價(jià)或預(yù)測材料和產(chǎn)品的光降解導(dǎo)致的降解和損傷，其中無電極等離子體燈富含紫外光和短波可見光，但含有極少的紅外光。
[0028]使用本發(fā)明的無電極等離子體燈作為光降解測試裝置的光源，本發(fā)明的實(shí)施例可提供(高加速)光降解的加速測試裝置，能夠照射含有180W/m2以上、使用一般氙弧燈或金屬鹵化物球形燈難以達(dá)到的高強(qiáng)度紫外光。
[0029]此處，ff/m2為紫外光照射單位，表示約300_400nm范圍內(nèi)的紫外光照射強(qiáng)度。
[0030]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體光源使其能夠在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測和評價(jià)紫外光或可見光等光在聚合物材料和有機(jī)材料，諸如塑料、橡膠、油漆、涂層、粘合劑、油、紙張等有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，或含有這類材料的組分和產(chǎn)品導(dǎo)致的光降解特征。
[0031]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體光源使其能夠在最小化熱降解或熱損傷的同時(shí)進(jìn)行高加速光降解加速測試，這得益于光源富含紫外光和可見光，但含有極少紅外光這一事實(shí)。
[0032]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體作為富含紫外光和短波可見光，但含有極少比例的紅外光的光源使其能夠在短時(shí)間內(nèi)評價(jià)或預(yù)測材料和產(chǎn)品的光降解導(dǎo)致的降解和損傷。
[0033]技術(shù)解決方案
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種使用無電極等離子體作為光源的加速光降解測試裝置。該測試裝置可包括用于使用至少一個(gè)無電極等離子體光源照射光的光照射單元；用于收集從光照射單元發(fā)出的光并將光均勻照射到材料或產(chǎn)品試樣表面的聚光單元；以及用于固定試樣的試樣架，其中試樣架固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0035]進(jìn)一步地，測試裝置還可包括連接至多個(gè)無電極等離子體燈并用于將光照射至試樣架所處的試樣室的多個(gè)光管，其中各個(gè)光管為管子的形狀，包括對管子的內(nèi)部約90%以上的紫外光反射率的材料；包括試樣室的試樣室分隔壁，其中各個(gè)光管垂直插入到多邊形或圓形形狀的分隔壁的每一側(cè)，分隔壁被設(shè)置成從多個(gè)發(fā)光燈向試樣架照射光；用于向試樣噴水的噴水嘴，其中水從試樣架的外部噴出；以及用于調(diào)節(jié)試樣室溫度和濕度的空調(diào)單
J Li ο
[0036]進(jìn)一步地，光管的端部設(shè)有石英玻璃板，所述石英玻璃板在插入到試樣室的橫截面或兩側(cè)涂覆有防霧劑或防水涂層。
[0037]進(jìn)一步地，測試裝置還可包括浸泡單元，用于將試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并將試樣在超聲波振動(dòng)水箱中浸泡一段預(yù)定時(shí)間。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置。該裝置可包括用于接收控制命令的用戶界面；控制單元，用于基于控制命令進(jìn)行加速光降解測試，并以一定波長或波長范圍帶測量照射到試樣的表面的紫外光強(qiáng)度；光照射單元，用于在控制單元的控制下，使用至少一個(gè)無電極等離子體光源照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導(dǎo)降解的光；以及用于固定試樣的試樣架，其中試樣架固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在控制單元的控制下將光均勻照射到試樣。
[0039]進(jìn)一步地，光照射單元可包括多個(gè)透光棒，連接至多個(gè)無電極等離子體燈，用于將光透射至試樣架所處的試樣室，各個(gè)透光棒具有光管或光棒的形狀，垂直插入到多邊形或圓形的試樣室分隔壁的各個(gè)段。
[0040]進(jìn)一步地，控制單元可用于控制空調(diào)單元，調(diào)節(jié)試樣室的溫度和濕度，并從周期性地或連續(xù)性地測量紫外光照射量的紫外光輻射計(jì)接收紫外光照射量，以便控制光照射單元，維持恒定的紫外照射強(qiáng)度。
[0041]進(jìn)一步地，測試裝置還可包括浸泡單元，用于將試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并在控制單元的控制下將試樣在超聲波振動(dòng)水箱中浸泡一段預(yù)定時(shí)間。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種使用無電極等離子體光源的加速光誘導(dǎo)降解測試方法。該方法可包括:在加速光誘導(dǎo)降解測試裝置的控制單元從用戶界面接收控制命令；基于控制命令，使用至少一個(gè)無電極等離子體燈向試樣照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導(dǎo)降解的光；在試樣室中將試樣固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)；以及識別試樣室的溫度、濕度和紫外光照射量并調(diào)節(jié)識別的值至預(yù)定參考。
[0043]進(jìn)一步地，所述向試樣照射光可包括在聚光單元收集從至少一個(gè)無電極等離子體燈發(fā)出的光并將收集的光照射到試樣的表面。
[0044]有益效果
[0045]根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法具有如下所述的一個(gè)或多個(gè)效果。
[0046]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法利用無電極等離子體燈，提供了一種利用高強(qiáng)度紫外光照射的高加速光降解測試方法，這是常規(guī)的氙弧燈等很難實(shí)現(xiàn)的。由于無電極等離子體燈與紫外光和短波可見光區(qū)域中的太陽光具有類似的光功率分布，不同于現(xiàn)有技術(shù)中的紫外發(fā)光燈，諸如明火碳弧燈或金屬環(huán)燈，可提供能夠更準(zhǔn)確模擬太陽光降解的加速測試方法。
[0047]進(jìn)一步地，與氙弧燈相比，本發(fā)明實(shí)施例的無電極等離子體燈含有較少含量的紅外光，因而能夠有效抑制當(dāng)紫外光照射強(qiáng)度變大時(shí)伴隨的集熱效應(yīng)，以便提高促進(jìn)特征。因此，可提供便利的手段，來控制試樣溫度，以便再現(xiàn)更準(zhǔn)確的光降解機(jī)制。
[0048]同樣,在本發(fā)明的實(shí)施例中,可提供將試樣浸泡到超聲波水箱的方法，這對在光降解加速測試中需要水分侵害(moisture infringement)效應(yīng)的材料是必要的。因此,利用抗氧化劑或光穩(wěn)定劑等添加劑，可用作由于光降解耐久性受影響的聚合物材料和產(chǎn)品的光降解加速測試中提高場再現(xiàn)性(field reproducibility)的方法。
[0049]此外，與明火碳弧燈以及常用的氙弧燈和金屬環(huán)燈相比，本發(fā)明實(shí)施例的無電極等離子體燈具有長得多的使用壽命，因而可避免測試期間頻繁更換燈導(dǎo)致的缺乏測試再現(xiàn)性問題，同樣也可大大降低操作系統(tǒng)的成本負(fù)擔(dān)。一般而言，氙弧燈和金屬環(huán)燈的使用壽命為1500小時(shí)。相反，無電極等離子體燈的使用壽命最小為5000小時(shí)，并通常大于10000小時(shí)，這使系統(tǒng)的可靠操作成為可能。無電極等離子體燈的這一特征提供了這一優(yōu)點(diǎn)，加速測試條件下使用高強(qiáng)度紫外光照射進(jìn)行長時(shí)間光降解測試。
[0050]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試方法提供的效果是，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間并降低開發(fā)成本。同樣，得益于場降解和失效機(jī)制的準(zhǔn)確再現(xiàn)，提供了用于提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的精確的加速測試方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0051]圖1和圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其中圖1包括水平布置成圓形的多個(gè)無電極等離子體光源，圖2包括垂直布置的多個(gè)無電極等離子體光源。
[0052]圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0053]圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的操作的流程圖。
[0054]圖5為示出了太陽光與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無電極等離子體燈相比較的光功率譜的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面，將從結(jié)合附圖進(jìn)行描述的實(shí)施例，更清晰地理解本發(fā)明的示例性實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)和特征及其實(shí)現(xiàn)方法。然而，本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，并可實(shí)現(xiàn)為多種形式。應(yīng)當(dāng)注意的是，提供實(shí)施例是為了充分公開本發(fā)明，并且使本領(lǐng)域技術(shù)人員全面地理解本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由所附的權(quán)利要求所限定。在所有附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。
[0056]在下面的描述中，已知功能或構(gòu)成如果因?yàn)椴槐匾脑斒鰰?huì)模糊本發(fā)明，將不進(jìn)行詳細(xì)的描述。進(jìn)一步地，考慮到下文所述的術(shù)語在本發(fā)明中的功能，將對這些術(shù)語進(jìn)行限定，并且根據(jù)使用者或操作者的意圖或?qū)嵺`而有所不同。相應(yīng)地，術(shù)語的定義應(yīng)當(dāng)基于貫穿該說明書的內(nèi)容而進(jìn)行。
[0057]框圖和本文所附的順序圖中各個(gè)框的各個(gè)步驟的組合可用計(jì)算機(jī)程序指令進(jìn)行。由于計(jì)算機(jī)程序指令可加載到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置的處理器中，計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令可創(chuàng)建設(shè)備，用于執(zhí)行框圖中各個(gè)框或順序圖中各個(gè)步驟的描述的功能。由于計(jì)算機(jī)程序指令為了以特定方式執(zhí)行功能，可存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可用或可讀的針對計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可用或可讀的存儲(chǔ)器中的指令可生成包括指令設(shè)備的制造項(xiàng)目(manufacturing items),用于執(zhí)行框圖中各個(gè)框或順序圖中各個(gè)步驟中描述的功能。由于計(jì)算機(jī)程序指令可加載在計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置中，指令可提供用于執(zhí)行框圖中各個(gè)框或順序圖中各個(gè)順序中描述的功能的步驟，其中所述指令的一系列處理步驟在計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置中執(zhí)行，以生成由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的步驟，操作計(jì)算機(jī)或其他可編程的數(shù)據(jù)處理裝置。
[0058]此外，各個(gè)框或各個(gè)順序可表示模塊、片段、或包括用于執(zhí)行特定邏輯功能的至少一個(gè)可執(zhí)行指令的一些代碼。在一些替代的實(shí)施例中，還應(yīng)注意，框或順序中描述的功能可以不按照該順序。例如，兩個(gè)連續(xù)框和順序根據(jù)相應(yīng)的功能可基本上同時(shí)執(zhí)行或經(jīng)常顛倒次序執(zhí)行。
[0059]下文中，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0060]圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖，其中多個(gè)無電極等離子體光源水平布置成圓形。
[0061]參照圖1，加速光降解測試裝置100可包括無電極等離子體源110、噴水嘴120、試樣架130、試樣室分隔壁140、石英玻璃板150、光管160和試樣室170。
[0062]連接至無電極等離子體源110的光管160被稱為光照射單元。光管160由6厘米寬、6厘米高和18厘米長的鋁片制成，用于反射紫外光，并根據(jù)光源的數(shù)量可使用八個(gè)。
[0063]無電極等離子體源110和光管160可逐個(gè)相應(yīng)連接以設(shè)置成八邊形的形狀。八邊形形狀的試樣室分隔壁140可包括在中心的試樣室170。以預(yù)定厚度制造的試樣室分隔壁140可構(gòu)成在每一側(cè)可垂直插入的光管160的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，試樣室分隔壁140可構(gòu)成八邊形以外的其他形狀，這取決于實(shí)現(xiàn)方法。
[0064]無電極等離子體源110可位于八邊形的外側(cè)，光管160的一端可連接至規(guī)則八邊形的環(huán)，而不形成間隙。八邊形形狀的光管160可配置有由涂覆有防霧劑的石英玻璃板150阻擋的出口。利用該配置，從光管160照射的光可呈圓形照射到試樣室170。在18厘米長的光管160中，從不銹鋼壁表面突出的至多7厘米的長度將試樣室分隔成內(nèi)室和外室，并位于試樣室的內(nèi)室，剩余的11厘米長度位于試樣室的外室中的機(jī)房。
[0065]將注射成47mm寬、67mm高和3mm厚的矩形形狀的塑料試樣固定在試樣架130上，所有八個(gè)試樣在此垂直放置在八邊形支架上。定位八邊形形狀的試樣架130以便基本上貼合八邊形形狀的光管160的出口，即石英玻璃板150上，以便在以1-1Orpm的恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)支架上形成試樣架130。就此而言，當(dāng)試樣架130轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，架130可呈圓形布置，光可從發(fā)光源110向圓形內(nèi)側(cè)的方向照射。
[0066]S卩，轉(zhuǎn)動(dòng)架設(shè)置成具有試樣架把手或作為轉(zhuǎn)動(dòng)軸的柱132的輪轂結(jié)構(gòu)。試樣架把手或柱132的底部具有徑向結(jié)構(gòu)或可連接至試樣架130的底部的試樣架襯套134。利用這一結(jié)構(gòu)，各個(gè)連接至徑向試樣架襯套134的試樣架130可隨著試樣架130的把手或柱132的轉(zhuǎn)動(dòng)而同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0067]用于向暴露于照射光的位置噴水的噴水嘴120和壓縮空氣噴嘴可安裝在試樣架130的周圍。試樣架130可配備有空氣壓移動(dòng)單元，以便上下移動(dòng)。在照射期間，試樣架130可向上移動(dòng)并位于暴露在聚焦光的位置，在裝滿水的水箱浸泡期間，試樣架130可向下移動(dòng)，并可位于浸泡位置。
[0068]可自動(dòng)控制試樣架130的這種移動(dòng)，以便通過控制單元300的操作程序定位給定時(shí)間。在浸泡測試進(jìn)行的水箱底部，安裝溫度控制功能單元和超聲波振動(dòng)功能單元，以在浸泡期間進(jìn)行具有合適溫度的超聲波振動(dòng)測試。
[0069]試樣架130所處的試樣室設(shè)計(jì)成通過空調(diào)單元控制溫度和濕度，也可配備有T型氟基樹脂有線溫度傳感器，以便直接測量試樣表面的溫度。此外，也可安裝紫外光輻射計(jì)，使其置于試樣表面相同的平面，從而測量照射到試樣表面的紫外光照射量。
[0070]同時(shí)，光照射單元可以不同的方式配置。例如，可使用包括無電極等離子體光源、液態(tài)光導(dǎo)和圖2示出的棒狀平衡冷凝單元161 (例如，石英玻璃材料的發(fā)光方棒)的光照射單元。光照射單元的冷凝單元161可固定在注入有47_寬、67_高和3_厚的矩形形狀的塑料試樣的正中心，聚焦冷凝單元的透鏡，使得在試樣的表面7厘米處更好地形成光的圖像。
[0071]圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0072]參照圖3，加速光降解測試裝置100可包括控制單元300、電源302、用戶界面304、光照射單元306、空調(diào)單元308、浸泡單元310、紫外光輻射計(jì)312以及試樣架驅(qū)動(dòng)單元314。
[0073]具體而言，電源302可為加速光降解測試裝置100中的各個(gè)功能塊提供電力。用戶界面304可通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與驅(qū)動(dòng)加速光降解測試裝置100的用戶互鎖，并通過用戶終端等接收控制命令，并將輸入控制命令傳輸至控制單元。
[0074]控制單元300可控制各個(gè)功能塊并可包括用于驅(qū)動(dòng)加速光降解測試裝置100的操作程序。操作程序?yàn)檫M(jìn)行加速光降解測試做準(zhǔn)備，并控制光照射單元306、空調(diào)單元308、浸泡單元310、紫外光輻射計(jì)312以及試樣架驅(qū)動(dòng)單元314等。
[0075]首先，控制單元300可控制包括無電極等離子體光源110的光照射單元306發(fā)出待照射到試樣的光?？照{(diào)單元308可包括安裝在試樣室的溫度控制單元和濕度控制單元?？照{(diào)單元308可將測量的溫度和濕度周期性地傳輸?shù)娇刂茊卧瑥亩诳刂茊卧?00的控制下控制溫度和濕度。
[0076]有很多控制溫度和濕度的方法。例如，一種方法是使用循環(huán)類型的冷卻設(shè)備將加壓空氣吹入或?qū)⑺畤娚涞皆嚇?，另一種方法是利用吹向試樣的冷卻空氣，其中使用循環(huán)類型的冷卻設(shè)備中的冷卻腔室外部吸入的空氣的冷卻器或熱交換器將冷卻空氣吹向試樣。在加速光降解測試裝置100和循環(huán)類型的冷卻設(shè)備互鎖之后，這種控制方法可在控制單元300的控制下進(jìn)行。
[0077]浸泡單元310可將試樣架130降至裝滿水的水箱。紫外光輻射計(jì)312可周期性地或連續(xù)性地測量將要照射到試樣表面的紫外光的照射量，并將測量的值傳輸至控制單元300。
[0078]紫外光輻射計(jì)312可校驗(yàn)照射量，例如在紫外光照射強(qiáng)度的各個(gè)光降解測試的開始時(shí)間和完成時(shí)間之間的時(shí)間，并傳輸校準(zhǔn)至控制單元300。為此，控制單元300可隨后控制恒定的紫外光的照射強(qiáng)度，以在光降解測試期間，通過應(yīng)用紫外光的照射強(qiáng)度的平均值或使用反饋由光照射單元306自動(dòng)控制來保持所述照射強(qiáng)度。
[0079]試樣架驅(qū)動(dòng)單元314可在控制單元300的控制下以恒定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)試樣架130，或可通過控制氣壓將試樣架130上下移動(dòng)。換言之，在浸泡測試期間，與浸泡單元310處于互鎖狀態(tài)的試樣架驅(qū)動(dòng)單元314可向下移動(dòng)試樣架，以便浸泡試樣。
[0080]參照圖4詳細(xì)說明加速光降解測試裝置100的這種操作方法。
[0081]圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的操作的流程圖。
[0082]參照圖4，在框400，當(dāng)加速光降解測試裝置中的電源302的開關(guān)接通時(shí)，電源302變得向控制單元300和各個(gè)功能塊提供電力，以獲得加速光降解測試裝置。
[0083]接下來，在框402，當(dāng)用戶界面304從用戶接收控制命令時(shí)，用戶界面304將控制命令傳輸至控制單元300，控制單元300基于接收的控制命令進(jìn)行光降解測試。
[0084]S卩，在框404，控制單元300控制光照射單元306，驅(qū)動(dòng)其從無電極等離子體光源110照射光，在框406，控制單元300根據(jù)接收的控制命令或光降解的預(yù)定的測試方案，確定試樣架驅(qū)動(dòng)單元314是否需要被驅(qū)動(dòng)。在控制單元300確定其需要被驅(qū)動(dòng)的情況下，在框408，控制單元300以預(yù)定的時(shí)間單位轉(zhuǎn)動(dòng)試樣架驅(qū)動(dòng)單元314，或上下移動(dòng)試樣架驅(qū)動(dòng)單元 314。
[0085]接下來，在框410，控制單元300從空調(diào)單元308和紫外光輻射計(jì)312接收溫度、濕度、和紫外光照射量，在框412，控制單元300控制空調(diào)單元308和光照射單元306基于接收的值維持預(yù)定的環(huán)境，從而進(jìn)行溫度控制、濕度控制和紫外光照射量控制等。
[0086]利用該性能，在框414，能夠檢查光降解導(dǎo)致的試樣變化，從而評價(jià)或預(yù)測試樣是否受損或損傷。
[0087]同時(shí)，富含可見光但紅外光比率欠佳的無電極等離子體燈具有顯色指數(shù)94以上的強(qiáng)色澤穩(wěn)定性，并提供5，300K以上類似于太陽光的色溫。同樣，本實(shí)施例中使用的無電極等離子體燈是具有以下特點(diǎn)的一種燈:與天陽光相同的接近300nm的短波紫外線區(qū)域的強(qiáng)度最低，并朝著長波的方向逐漸變高，接近500nm短波可見光區(qū)域的強(qiáng)度最高，并在大于約600nm的區(qū)域急劇降低，約750nm以上紅外光區(qū)域的強(qiáng)度基本上低于太陽光或氙弧光源的強(qiáng)度。
[0088]具有這種無電極等離子體燈作為光源的加速光降解測試裝置100可與單個(gè)燈或多個(gè)燈一起使用。單獨(dú)使用的情況下，可使用能夠無損耗聚光的光學(xué)凸透鏡或反射鏡。
[0089]即使在使用多個(gè)燈的情況下，可使用凸透鏡或反射鏡將光匯聚到期望的照射部位。然而，在使用多個(gè)燈的情況下，還可以采用以下方法將光匯聚到期望的照射部位:只需要將燈適當(dāng)布置，而不用使用凸透鏡或反射鏡。
[0090]在無電極等離子體光源使用小于0.5kW輸出的情況下,光輸出相對小于用于測試光降解的常規(guī)燈的輸出。因此，即使多個(gè)燈一起使用，很難獲得單位面積高的紫外光照射強(qiáng)度。因此，使用這種無電極等離子體光源，為了能夠利用高加速特性進(jìn)行高強(qiáng)度紫外光照射實(shí)現(xiàn)高加速的加速測試裝置，有必要使用與反光管、反光燈罩、聚光透鏡等將燈發(fā)出的光匯聚到較小區(qū)域的并行方法。當(dāng)使用這種聚光設(shè)備時(shí)，重要的是，光匯聚到試樣表面必須指示均一的照射強(qiáng)度。
[0091]常用透鏡類型或反光燈罩的聚光使匯聚的光能匯聚到一個(gè)點(diǎn)或弧上。因而，很難獲得均一的照射強(qiáng)度。特別的，不期望使用具有彎曲圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)的常用凸透鏡、反光燈罩或圓柱形管體現(xiàn)這種聚光。因此，在無電極等離子體燈的聚光設(shè)備中，例如，可優(yōu)選通過圖1示出的具有方管形狀的光管160或圖2示出的方棒形狀的透光棒162將光均勻匯聚。
[0092]此處，圖1中方管形狀的光管160或圖2示出的方棒形狀的透光棒162優(yōu)選具有透光的方形橫截面，以便照射方形的光。每個(gè)光源的照射面積預(yù)期可在400mm2至4000mm2的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。照射面積小于400mm2的光匯聚很難再現(xiàn)性地維持照射強(qiáng)度，并且相對很難作為試樣的表面溫度控制，這是由于小面積的局部集熱效應(yīng)，很難確保光降解的再現(xiàn)性。
[0093]與此相反，照射面積大于4000mm2的光匯聚可提供這種程度的低紫外光照射強(qiáng)度，使得加速測試的光匯聚幾乎變得沒有意義，因而不希望使用。最優(yōu)選的照射區(qū)域在650_2至100mm2的范圍內(nèi)。
[0094]光管和透光棒的長度優(yōu)選為方形透光橫截面的至少一倍到至多十倍。小于一倍的情況下，整個(gè)照射區(qū)域的照射強(qiáng)度均一性變得很差。大于十倍的情況下，整個(gè)照射強(qiáng)度變?nèi)酢?br>
[0095]光管的內(nèi)表面必須由反射率至少為90%的材料制成。這種材料的優(yōu)選示例可為鋁板或鋁膜，聚四氟乙烯或硫酸鋇涂層等氟化聚合物具有規(guī)則反射或漫反射的功能。在一些情況下，可使用紫外光反射涂層處理的石英玻璃板。紫外光反射涂層必須具有約300-500nm波長的紫外光和至少為90%的短波可見光反射率，優(yōu)選具有大于約600nm波長的可見光和小于約30%的紅外光反射率(即，透射約70%以上)。
[0096]對于光管的兩個(gè)端面，可使用具有極好紫外光透射率的石英玻璃透鏡或具有特定厚度的石英玻璃板。對于石英玻璃板，可使用能夠過濾一定區(qū)域的紫外光的具有過濾功能的板。此外，希望沿著試樣的照射方向，在板定位的表面上使用防霧涂層或防水涂層，以避免施加到試樣的細(xì)小水顆?；蛩螌?dǎo)致光傳播變形。
[0097]同樣，為了增加去除紅外光的效應(yīng)，可用的方法是，光管的兩個(gè)端面可用密封的石英玻璃板密封，在密封的內(nèi)側(cè)填充具有極好紫外光透射率的流體或蒸餾水，流體的溫度通過循環(huán)類型的冷卻單元控制。
[0098]此處，可用的方法是，使用常用的圓形凸透鏡或反光罩匯聚從無電極等離子體燈發(fā)出的光，隨后使用匯聚的光。在這種情況下，一個(gè)或多個(gè)凸透鏡或圓形反光罩匯聚的光可與凸透鏡一起使用。
[0099]當(dāng)穿過之前提到的光管或透光棒時(shí)，希望匯聚的光經(jīng)過將待匯聚到焦點(diǎn)的光分散的平衡過程。對于分散過程，可使用引發(fā)散射的分散過濾器或使用在光管內(nèi)側(cè)中具有散射/反射功能的反射鏡等方法。
[0100]除了使用光管或透光棒通過焦點(diǎn)處的凸透鏡或反光罩將匯聚到焦點(diǎn)的光透射到試樣表面的方法，可使用利用光導(dǎo)的方法，其中所述光導(dǎo)中填充有允許紫外線透射的石英玻璃材料的光纖維或液體混合物。與光管或透光棒相反，由于光導(dǎo)有利地可在一定允許范圍內(nèi)使光變形或彎曲成曲線，這為制備裝置中設(shè)置燈和試樣之間的位置提供了有利的條件。
[0101]同時(shí)，利用常規(guī)的樣品板溫度(BPT)的控制方法，實(shí)現(xiàn)試樣照射區(qū)域的溫度控制是可行的。然而，考慮到紫外光比使用的太陽光具有高得多的照射強(qiáng)度水平，希望直接測量待照射的試樣表面，以控制試樣的溫度，或基于腔室溫度(CHT)控制溫度，而不考慮試樣的溫度。
[0102]此處，試樣表面的溫度控制范圍從室溫至110°C，但更優(yōu)選的溫度控制范圍為30-85°C。由于試樣在腔室溫度和照射燈強(qiáng)度的相同條件下會(huì)根據(jù)試樣的材料和顏色而積聚、傳導(dǎo)和輻射熱量，試樣的表面溫度可發(fā)生變化。因此，在高加速的光降解加速測試裝置中的受控樣品板溫度可與實(shí)際太陽光獲得的樣品板溫度不同。
[0103]溫度彼此不同的原因是，通過使用實(shí)施例中具有顯著較低的紅外光率的光照射獲得的試樣表面的溫度，與通過使用具有相同的紫外光照射強(qiáng)度水平的太陽光照射獲得的試樣表面的溫度變得彼此不同。
[0104]出于上述原因，與不考慮試樣實(shí)際的表面溫度，使用待組裝到測試裝置的樣品板溫度計(jì)調(diào)節(jié)溫度控制相比，為超加速光降解測試給出的試樣表面的溫度控制可能會(huì)更加準(zhǔn)確地用直接測量試樣的表面溫度來調(diào)整。
[0105]此處，測量試樣的表面溫度的溫度傳感器優(yōu)選為T型氟樹脂電纜涂覆的線纜型傳感器。然而，本發(fā)明的試樣表面溫度的測量不限于上述提到的T型和線纜型傳感器，此外，也可使用接觸型溫度計(jì)和非接觸型紅外溫度計(jì)。
[0106]同樣，本發(fā)明的試樣表面溫度和腔室溫度可在自然對流或加壓空氣吹入或水噴射的條件下控制。最優(yōu)選的方法是，使用圖2示出的吹風(fēng)機(jī)180控制吹入到試樣表面的空氣的量而形成的加壓吹入。當(dāng)試樣的表面溫度高于腔室溫度時(shí)應(yīng)用的這種方法可用于大多數(shù)情況。
[0107]當(dāng)紫外光照射強(qiáng)度維持較高時(shí)，或進(jìn)行熱敏材料的光降解時(shí)，只使用吹風(fēng)功能不足以將試樣的表面冷卻到期望的溫度。在這種情況下，除了利用腔室中空氣循環(huán)的吹風(fēng)功能外，希望利用吹入從腔室外部吸入的空氣提供更有效的冷卻，然后通過圖3的空調(diào)單元處的冷卻器或熱交換器冷卻。使用冷卻器的情況下，希望與循環(huán)冷卻空氣一起使用一部分冷卻的空氣和用于冷卻試樣表面的空氣，以防止燈變得過熱。
[0108]此外，在光降解照射期間，為了模擬水分的降解效應(yīng)，可使用借助圖3的空調(diào)單元308控制腔室內(nèi)濕度的方法或借助噴水嘴120噴水的方法。
[0109]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，除了濕度控制和噴水功能，可使用通過圖3的浸泡單元在受控的溫度下將超聲波應(yīng)用到浸泡在超聲波水槽中的試樣的方法。該方法在增加塑料或薄膜內(nèi)部的濕度滲入速度上是有效的，并且也可快速除去表面附近的添加劑。通過這種方式，可在短時(shí)間內(nèi)在(加速的)光降解加速測試裝置中再現(xiàn)由于長時(shí)間暴露在戶外降水和凝露對聚合物材料的水分侵害效應(yīng)。
[0110]當(dāng)試樣浸泡在超聲波水槽中時(shí)，從結(jié)構(gòu)層面的角度不可能進(jìn)行紫外光照射。因此，希望進(jìn)行循環(huán)測試，以便在預(yù)置時(shí)間內(nèi)利用自動(dòng)或手動(dòng)的方式，交替地重復(fù)光照射測試和浸泡到超聲波水箱的測試。相應(yīng)地，在本發(fā)明中，能夠使用安裝在光降解照射系統(tǒng)中的超聲波水箱，或使用提供的超聲波水箱作為獨(dú)立的設(shè)備。
[0111]超聲波水箱中水的溫度優(yōu)選在4°C -90°C的范圍內(nèi)。在低于該溫度范圍的溫度下，一部分水可能結(jié)冰，在高于該溫度范圍的溫度下，可在試樣的表面產(chǎn)生過多的氣泡，使得很難進(jìn)行再現(xiàn)性測試，還可引發(fā)熱敏材料產(chǎn)生熱降解。
[0112]圖1和圖2的試樣固定到試樣架130。在固定的狀態(tài)，可以用活動(dòng)方式(圖1)或固定方式(圖2)在與固定燈和冷凝單元對齊的高照射位置進(jìn)行測試。在只使用一個(gè)燈進(jìn)行測試的情況下，希望使用固定方式進(jìn)行測試，在使用多個(gè)燈進(jìn)行測試的情況下，考慮到各個(gè)燈中會(huì)發(fā)生紫外光照射強(qiáng)度的偏差，希望用轉(zhuǎn)動(dòng)的方式進(jìn)行測試，以便使該偏差達(dá)到平衡。
[0113]針對希望的試樣架的轉(zhuǎn)動(dòng)方法，將多個(gè)燈布置成如圖1所示的圓形，以將光照射到圓形的內(nèi)表面，待照射的圓形內(nèi)表面布置成彼此垂直鄰接，以便形成一個(gè)矩形形狀或幾十個(gè)矩形形狀，因而可迫使矩形形狀或幾十個(gè)矩形形狀對應(yīng)的試樣架130轉(zhuǎn)動(dòng)。如果由一條矩形形狀或幾十個(gè)矩形形狀組成的試樣架被稱為一層，則能夠配置燈、冷凝單元和試樣架使其布置成多層。
[0114]因此，在轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)型架中，至少4個(gè)試樣可同時(shí)進(jìn)行測試，但更優(yōu)選的是，使用能夠同時(shí)測試6-36的范圍內(nèi)的試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)架。具有試樣的試樣架具有容易從光照射位置移動(dòng)到超聲波水箱的結(jié)構(gòu)。
[0115]在超聲波水箱位于裝置的底部和紫外光照射單元位于裝置的頂部的設(shè)計(jì)情況下，可以使用自動(dòng)設(shè)備，將整個(gè)試樣架以垂直移動(dòng)方式從光照射的位置移動(dòng)到超聲波水箱。在手動(dòng)移動(dòng)的情況下，希望安裝把手132，方便從裝置中移除整個(gè)試樣架，并將其放置在超聲波水箱。
[0116]使用加速的光降解測試裝置100的光照射單元306進(jìn)行光照射之后，可以使用色差儀利用ASTM E313標(biāo)準(zhǔn)，在含有或不含的鏡面組件的情況下，應(yīng)用色差(ΛΕ)或黃化指數(shù)變化(AYI)的方式進(jìn)行塑料材料表面的光降解測量。
[0117]在下文中，將使用加速光降解測試裝置100的多種方法的實(shí)施例與使用現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例進(jìn)行比較說明。
[0118]第一實(shí)施例
[0119]使用圖1的加速光降解測試裝置100控制照射強(qiáng)度，發(fā)出約600W/m2的紫外光照射強(qiáng)度(基于約300-400nm的紫外光照射強(qiáng)度)。從用于注入應(yīng)用的聚丙烯樹脂(黑色，編年史(Chronicles)M1452U)注入的試樣被浸泡在溫度為40°C的水箱中，重復(fù)“超聲波振動(dòng)一小時(shí)-不用超聲波振動(dòng)一小時(shí)”兩周。接下來，在15°C的腔室溫度和50% RH的濕度條件下，每兩小時(shí)噴水20分鐘，從測試開始測量表面的色差變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，0和3。
[0120]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例1)，基于根據(jù)SAE J1960標(biāo)準(zhǔn)的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第一實(shí)施例中使用的聚丙烯樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時(shí)，無光照射的情況下噴水一小時(shí)。接下來，從測試開始測量表面的色差變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，0和O。
[0121]作為第二比較測試(比較示例2)，第一實(shí)施例中使用的聚丙烯樹脂試樣放置在朝南37°設(shè)置的暴露測試工具上，該工具位于韓國忠清南道瑞山市的韓國合規(guī)實(shí)驗(yàn)室(Seosan city, Chungcheongnam-do, Korea of Korea conformity Laboratories)處，并從2007年10月至2009年9月進(jìn)行23個(gè)月的戶外暴露測試。在測試期間使用累計(jì)的紫外光量測量的色差變化值表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，I和3。
[0122]第二實(shí)施例
[0123]使用圖2的加速光降解測試裝置100調(diào)節(jié)由無電極等離子體燈和棒狀平衡冷凝單元組成的光照射單元的照射強(qiáng)度，發(fā)出1200W/m2的紫外光照射強(qiáng)度。接下來，從用于注入應(yīng)用的聚甲醛樹脂(白色，KEP F20-03)注入的試樣在20°C的腔室空氣溫度和50% RH的濕度條件下進(jìn)行測試，直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ，測量表面的色差變化。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，2和6。
[0124]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例3)，使用氙弧光降解測試儀調(diào)節(jié)照射強(qiáng)度，發(fā)出1200W/m2的紫外光照射強(qiáng)度。接下來，第二實(shí)施例使用的聚甲醛樹脂試樣在樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH的條件下進(jìn)行測試，沒有噴水的情況下光照射100分鐘，噴水情況下光照射20分鐘，直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ，測量表面的色差變化。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，I和5。
[0125]第三實(shí)施例
[0126]使用圖1的加速光降解測試裝置100調(diào)節(jié)照射強(qiáng)度，發(fā)出約600W/m2的紫外光照射強(qiáng)度。從用于注入應(yīng)用的聚碳酸酯樹脂(無色透明，拜耳AL2647)注入的試樣，在腔室溫度為40°C，濕度為50% RH的條件下，每兩小時(shí)噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數(shù)變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數(shù)分別為6，11和12。
[0127]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例4)，基于根據(jù)SAE J1960標(biāo)準(zhǔn)的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第三實(shí)施例中使用的聚碳酸酯樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時(shí)，無光照射的情況下噴水一小時(shí)。接下來，測試并測量表面的黃化指數(shù)變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數(shù)分別為5，10和11。
[0128]第四實(shí)施例
[0129]使用圖2的加速光降解測試裝置100調(diào)節(jié)由無電極等離子體燈和棒狀平衡冷凝單元組成的光照射單元的照射強(qiáng)度，發(fā)出900W/m2的紫外光照射強(qiáng)度。從用于注入應(yīng)用的丙烯酸樹脂(無色透明，LG化學(xué)IH830)注入的試樣在25°C的腔室空氣溫度和50% RH的濕度條件下每兩小時(shí)噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數(shù)變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數(shù)分別為
O,I 和 2。
[0130]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例5)，使用氙弧光降解測試儀調(diào)節(jié)照射強(qiáng)度，發(fā)出600W/m2的紫外光照射強(qiáng)度。接下來，第四實(shí)施例使用的丙烯酸樹脂試樣在樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH的條件下每兩小時(shí)噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數(shù)變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數(shù)分別為3，8和12。
[0131]作為與上述測試比較的另一個(gè)比較測試(比較示例6)，基于根據(jù)SAEJ1960標(biāo)準(zhǔn)的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第四實(shí)施例中使用的丙烯酸樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時(shí)，無光照射的情況下噴水一小時(shí)。接下來，測試并測量表面的黃化指數(shù)變化直到累計(jì)的紫外光量達(dá)到100MJ、300MJ和500MJ。測試結(jié)果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數(shù)分別為0，0和I。
[0132]正如根據(jù)上述實(shí)施例和示例的測試結(jié)果，與示例的測試相比，實(shí)施例的測試能夠進(jìn)行加速測試，并照射與太陽光的紫外光功率分布具有相似特性的高紫外光強(qiáng)度。相應(yīng)地，與最常用的氙弧光降解測試儀實(shí)現(xiàn)的常用測試條件相比，可進(jìn)行加速性能增加十倍或以上的高加速的光降解加速測試，而不會(huì)產(chǎn)生對試樣過度加熱的副反應(yīng)。
[0133]更具體地，比較示例I中使用氙弧光源的測試裝置的光降解測試需要大約178天(六個(gè)月)，而基于相同的紫外光照射量的第一實(shí)施例的光降解測試需要大約12天?？紤]到為提高場再現(xiàn)性而引入的超聲波振動(dòng)浸泡條件的整個(gè)測試周期為26天，與比較示例I中測試的178天的測試周期相比，第一實(shí)施例的測試預(yù)計(jì)有約7倍以上的加速性能。同樣，與比較示例2中戶外暴露測試的條件下進(jìn)行的23個(gè)月的測試周期相比，第一實(shí)施例的測試預(yù)計(jì)有約27倍以上的加速性能。
[0134]此外，第一實(shí)施例的測試結(jié)果表明其更接近根據(jù)比較示例2利用自然太陽光的戶外暴露測試的測試結(jié)果的表面色差變化，而不是比較示例I利用氙弧光源的測試結(jié)果。因此，加速的加速性能顯著提高，并且場再現(xiàn)性也比氙弧光源裝置更優(yōu)越，當(dāng)然，應(yīng)理解要確保取決于測試條件的適當(dāng)設(shè)置。
[0135]與使用比較示例3的氙弧光源的光降解測試儀加速所獲得的加速性能的最高值相比，第二實(shí)施例的測試可實(shí)現(xiàn)快十倍的高加速測試條件。因而，加速測試結(jié)果表明，基于相同的紫外光照射量，需要進(jìn)行60天的測試只需要6天。
[0136]此外，盡管測試周期顯著被縮短，但第二實(shí)施例的測試結(jié)果顯示出與比較示例3的氙弧光源的測試結(jié)果確認(rèn)的變化相類似的表面色差變化。因而，應(yīng)理解，借助高加速的測試方法的紫外光降解加速測試對于給定塑料材料的光降解具有足夠的再現(xiàn)性。
[0137]與使用比較示例4的氙弧光源的光降解測試裝置中最廣泛使用的紫外光照射強(qiáng)度相比，第三實(shí)施例的測試表明了相當(dāng)于十倍的高強(qiáng)度紫外光照射的光降解加速測試結(jié)果?；谙嗤淖贤夤庹丈淞?，實(shí)施例的加速測試方法和裝置可在12天內(nèi)進(jìn)行測試，而利用氙弧光源的系統(tǒng)進(jìn)行測試需要178天。因而，可進(jìn)行相當(dāng)于快約15倍的加速測試。
[0138]進(jìn)一步地，盡管測試周期被急劇縮短，第三實(shí)施例的測試結(jié)果顯示出與比較示例4的氙弧光源的測試結(jié)果確認(rèn)的變化相類似的表面黃化指數(shù)變化。因而，應(yīng)理解，利用實(shí)施例的高加速測試方法和裝置的光降解加速測試足以模擬太陽光對塑料材料引發(fā)的光降解應(yīng)用。
[0139]與使用比較示例5的金屬環(huán)光源和比較示例6的氙弧光源的光降解測試系統(tǒng)中最廣泛使用的紫外光照射強(qiáng)度相比，第四實(shí)施例的測試顯示出分別相當(dāng)于1.5倍和15倍的高強(qiáng)度紫外光照射的光降解加速測試結(jié)果。
[0140]基于相同的紫外光照射量，本發(fā)明的加速測試方法和裝置進(jìn)行8天的光降解測試，金屬環(huán)光源的系統(tǒng)作為高加速的光降解的系統(tǒng)需要進(jìn)行12天，普通氙弧光源的系統(tǒng)進(jìn)行測試需要178天，從而進(jìn)行加速測試相當(dāng)于分別快1.5倍和22倍。
[0141]此外，應(yīng)理解，比較示例5的金屬環(huán)光源的光降解的測試結(jié)果與氙弧光源的光降解測試結(jié)果在表面黃化指數(shù)變化上彼此不同，使用金屬環(huán)光源的系統(tǒng)的加速測試方法對高加速的加速測試是可行的，而氙弧光源的系統(tǒng)在再現(xiàn)性上有很大不同。然而，本發(fā)明的加速測試方法和裝置的測試結(jié)果能夠得到與氙弧光源，甚至是利用高加速的加速測試的光降解相類似的測試結(jié)果。
[0142]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，用120-1，200ff/m2的高紫外光強(qiáng)度照射，而不會(huì)對試樣的表面產(chǎn)生熱損傷，甚至不使用過多的冷卻單元，借助具有與太陽光功率譜相類似的紫外光區(qū)域的無電極等離子體燈可實(shí)現(xiàn)高加速的光降解加速測試，也可在短時(shí)間內(nèi)在超聲波振動(dòng)水箱中獲得浸泡效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)短時(shí)間水分侵害效應(yīng)。
[0143]上述高加速的光降解測試裝置可用于所有材料和產(chǎn)品的光降解(或抗風(fēng)化)，尤其是借助氙弧光源的系統(tǒng)，在需要30天以上的長時(shí)間測試周期的光降解測試之前，有必要進(jìn)行初步調(diào)查測試時(shí)是十分有用的。當(dāng)選擇適當(dāng)水平的本發(fā)明的紫外光照射強(qiáng)度，根據(jù)待測試的材料和產(chǎn)品的光降解特性獲得更好的再現(xiàn)性，優(yōu)化超聲波振動(dòng)水箱的浸泡條件，空調(diào)單元操作條件、濕度、噴水等和控制試樣表面溫度的腔室，可能獲得具有更好再現(xiàn)性的光降解的加速測試結(jié)果。
[0144]圖5為示出了太陽光與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的無電極等離子體燈相比較的光功率譜的曲線圖。
[0145]參照圖5，附圖標(biāo)記400為本發(fā)明的無電極等離子體燈的光功率譜，附圖標(biāo)記450為放大到與無電極等離子體燈的光功率譜的照射強(qiáng)度類似的照射強(qiáng)度的太陽光的光功率
-1'TfeP曰。
[0146]作為本實(shí)施例的無電極等離子體燈的光功率譜400與太陽光的光功率譜450相比較的結(jié)果，可以看出，兩個(gè)光譜400和450在對塑料材料等光降解最重要的波長區(qū)域的400nm以下的紫外光區(qū)域，以及約400_500nm的短波可見光區(qū)域彼此具有類似的分布。
[0147]同樣，可以看出，從600nm以上的長波可見光區(qū)域，與太陽光的光功率譜450相比，無電極等離子體燈的光功率譜400迅速降低，在SOOnm以上的紅外光區(qū)域，兩個(gè)光譜的差異變得很大。從這種差異可以看出，即使當(dāng)紫外光維持與太陽光類似的紫外光光降解時(shí)提供高紫外光照射強(qiáng)度，紅外光的集熱效應(yīng)也變得非常小。同時(shí)，本發(fā)明的無電極等離子體燈含有太陽光中不含的295nm以下的短波紫外光，比氙弧光源或金屬環(huán)光源少，因而優(yōu)勢在于，在不需要嚴(yán)格波長再現(xiàn)性的光降解測試中，不需要專門的過濾器，來去除紫外光。因此，不需要在氙弧光源或金屬環(huán)光源的常見系統(tǒng)操作中占據(jù)較大比例的過濾器的更換成本。
[0148]然而，不同于太陽光的光功率譜250，本實(shí)施例的無電極等離子體燈的光功率譜200在接近327nm、412nm和453nm的光量特性迅速降低。在這種特性出問題的測試情況下，通過使用在約325nm和410nm出現(xiàn)發(fā)射頂峰的區(qū)域的紫外光發(fā)光二極管(UV-LED)和可見光發(fā)光二極管(VIS-LED)的方法作為補(bǔ)充。即，無電極等離子體光源110可與UV-LED和VIS-LED 一起安裝到圖1的光照射單元。
[0149]進(jìn)一步地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可在120W/m2-1200W/m2的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)匯聚到照射區(qū)域的紫外光照射強(qiáng)度，取決于無電極等離子體燈的數(shù)量，燈與試樣之間的距離，光管或透光棒的尺寸和長度等。當(dāng)然，照射強(qiáng)度可調(diào)節(jié)到120W/m2以下。然而，在這種情況下，很難滿足高加速的加速測試需要的條件。相反地，在照射強(qiáng)度可調(diào)節(jié)到1200W/m2以上的情況下，很難抑制或控制聚光單元產(chǎn)生的集熱效應(yīng)導(dǎo)致的溫度過度上升。
[0150]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法用于短時(shí)間內(nèi)預(yù)測和評價(jià)紫外光或可見光等暴露于聚合物材料和有機(jī)材料，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，或含有這些材料的組分和產(chǎn)品導(dǎo)致的光降解特性，使用無電極等離子體作為光降解測試的光源，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行材料和產(chǎn)品的光降解導(dǎo)致的降解和損傷的評價(jià)或測試，其中無電極等離子體燈富含紫外光和短波可見光，但基本上不含紅外光。
[0151]盡管結(jié)合特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出各種修改和變化。因此，本發(fā)明的范圍并不限于此處闡述的實(shí)施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等同物確定。
【權(quán)利要求】
1.一種加速光降解的測試裝置，用于通過含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導(dǎo)降解的光測量材料或產(chǎn)品中光降解導(dǎo)致的降解，其特征在于，所述裝置包括: 用于使用至少一個(gè)無電極等離子體光源照射光的光照射單元； 用于收集從所述光照射單元發(fā)出的光并將光均勻照射到材料或產(chǎn)品試樣表面的聚光單元；以及 用于固定所述試樣的試樣架，其中所述試樣架固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述光照射單元使用至少一個(gè)無電極等離子體光源照射光，其中所述無電極等離子體光源在紫外光和約300-500nm范圍內(nèi)的短波可見光區(qū)域具有太陽光模擬特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 連接至多個(gè)無電極等離子體燈并用于將光照射至所述試樣架所處的試樣室的多個(gè)光管，其中各個(gè)光管為管子的形狀，包括對管子的內(nèi)部約90%以上的紫外光反射率的材料； 包括所述試樣室的試樣室分隔壁，其中各個(gè)光管垂直插入到多邊形或圓形的所述分隔壁的每一側(cè)，所述分隔壁被設(shè)置成從多個(gè)無電極等離子體光源向所述試樣架的一側(cè)照射光; 用于向所述試樣噴水的噴水嘴，其中水從所述試樣架的外部噴出；以及 用于調(diào)節(jié)所述試樣室 溫度和濕度的空調(diào)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述光管用石英玻璃板裝飾，所述石英玻璃板在插入到所述試樣室的橫截面或兩側(cè)涂覆有防霧劑或防水涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括:浸泡單元，用于將所述試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并將所述試樣在超聲波振動(dòng)水箱中浸泡一段預(yù)定時(shí)間。
6.一種使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置，其特征在于，所述裝置包括: 用于接收控制命令的用戶界面； 控制單元，用于基于所述控制命令進(jìn)行加速光降解測試，并以一定波長或波長范圍帶測量照射到所述試樣的表面的紫外光強(qiáng)度； 光照射單元，用于在所述控制單元的控制下，使用至少一個(gè)無電極等離子體光源照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導(dǎo)降解的光；以及 用于固定所述試樣的試樣架，其中所述試樣架固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在所述控制單元的控制下將光均勻照射到所述試樣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試裝置，其特征在于，所述光照射單元包括多個(gè)透光棒，連接至多個(gè)無電極等離子體光源，用于將光透射至所述試樣架所處的所述試樣室， 各個(gè)所述透光棒具有光管或光棒的形狀，垂直插入到多邊形或圓形的試樣室分隔壁的各個(gè)段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試裝置，其特征在于，所述控制單元用于控制空調(diào)單元，調(diào)節(jié)所述試樣室的溫度和濕度，并從周期性地或連續(xù)性地測量紫外光照射量的紫外光輻射計(jì)接收紫外光照射量，以便控制所述光照射單元，維持恒定的紫外照射強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括浸泡單元，用于將所述試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并在所述控制單元的控制下，將所述試樣在超聲波振動(dòng)水箱中浸泡一段預(yù)定時(shí)間。
10.一種使用無電極等離子體光源的加速光誘導(dǎo)降解測試方法，其特征在于，所述方法包括: 在加速光誘導(dǎo)降解測試裝置的控制單元從用戶界面接收控制命令； 基于所述控制命令，使用至少一個(gè)無電極等離子體光源向試樣照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導(dǎo)降解的光； 在試樣室中將試樣固定在預(yù)定的位置或轉(zhuǎn)動(dòng)；以及 識別所述試樣室的溫度、濕度和紫外光照射量并調(diào)節(jié)識別的值至預(yù)定參考。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測試方法，其特征在于，所述向試樣照射光包括使用在紫外光和約300-500nm范圍內(nèi)的短波可見光區(qū)域具有太陽光模擬特征的至少一個(gè)無電極等離子體光源照射光。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的測試方法，其特征在于，所述向試樣照射光包括在聚光單元收 集從所述至少一個(gè)無電極等離子體燈發(fā)出的光并將收集的光照射到所述試樣的表面。
【文檔編號】G01N21/71GK104053982SQ201380005693
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月16日
【發(fā)明者】邊斗鎮(zhèn) 申請人:韓國化學(xué)研究院
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