CN104053982B - 使用无电极等离子体光源加速光降解的测试装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种加速光降解的测试装置，用于通过含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光测量材料或产品中光降解导致的降解。该装置包括：用于使用至少一个无电极等离子体灯照射光的光照射单元；用于收集从所述光照射单元发出的光并将光均匀照射到材料或产品试样的表面的聚光单元；以及用于固定所述试样的试样架，其中所述试样架固定在预定的位置或转动。进一步地，所述至少一个无电极等离子体灯产生在紫外光和约300‑500nm范围内对应的短波可见光区域具有类似太阳光的光功率谱的光。

Description

使用无电极等离子体光源加速光降解的测试装置和方法
技术领域
本发明涉及加速光降解测试或风化测试技术，借助包括紫外光和可见光在内的模拟太阳光光降解的光，能够有效进行光降解测试，更具体地，涉及一种使用无电极等离子光源短时间内评估或预测材料和产品的光降解导致的降解和失效的测试装置和方法。
背景技术
一般来说，用于形成塑料、橡胶、油漆涂层等的聚合物材料和有机材料的特点是，含有作为主要成分并与碳、氢、氮、氧等有机元素以共价键键合的大分子，并且与金属材料和陶瓷材料相比，具有不易被光、热等降解因子降解的特性。蠕变、疲劳、应力松弛等物理降解大多数基于分子之间键的破坏或分子之间的移动。相反，利用紫外光等光线进行化学降解大多数伴随分子内键的破坏。
当聚合物吸收对应于破坏聚合物主链的能的光能时，产生紫外光对聚合物的降解。此处，所述破坏能被称为键离解能。
键离解能取决于各种分子键状态，从过氧化物结构键(O-O)等较弱键能到羟基键(O-H)等较强的键能。在组成分子主链的碳-碳键或碳-氢键的情况下，键离解能具有83kcal/mol以上的相对高的能量。
因此，期望只有碳-碳键或碳-氢键组成的聚合物材料，诸如聚乙烯和聚丙烯能提供相对较好的耐光性。然而，事实上，耐光性也达不到预期。估计有很多原因导致了这一结果。然而，不规则缺陷结构中烯丙基位置上的碳-碳键或通过重复单体聚合的不规则反应或副反应形成的乙烯基和亚乙烯基结构等链式结构中叔碳的碳-氢键导致的分子结构问题，可能是相对较低键离解能的一个原因。相应地，即使在相同分子结构表示的聚合物材料中，耐光性也可能会因这种内部缺陷的种类或数量而有所不同。
即使聚合物材料或有机材料的分子结构针对相同的光是不同的，也会出现基于上述不同分子结构的光降解的差别，但是同样意味着即使相反地，施加到具有相同分子结构的聚合物材料或有机材料的光特性是不同的，也会出现上述差别。因此，在加速光降解测试或风化测试中，根据测试装置使用的光特性与实际太阳光特性的相符程度，能重现或准确预测多少室外太阳光的光降解现象成为了最重要的技术特性。
从太阳发出到地球表面的辐射能含有各种波长范围的光，从紫外光、可见光到红外光。基于特定的波长带，这种太阳光成分的划分，仅仅分为紫外光、可见光到红外光，并不意味着这三种不同类型的光分别到达地球的表面。事实上，太阳光在宽的波长带上具有连续的光谱，并不具有把太阳光分成三种光的任何标准。
已知太阳的表面温度通常为5,780K，太阳辐射的光功率谱具有与温度同样为5,780K的黑体的连续光谱相类似的波长分布。然而，穿过地球大气过程中，太阳辐射受到反射、散射、吸收等影响。因此，穿过地球大气的太阳辐射能与到达地球大气外部平流层的太阳辐射能不一致。
最能表现变化的波长带为短波紫外光范围，其大多数在地球的臭氧层被过滤。因此，大多数大气之外存在的约200-295nm短波范围的紫外光被去除，到达地球表面的太阳辐射能只含有约295nm以上波长的光。
由于这一特性，太阳辐射能中含有的短波紫外光的量甚至受到穿过大气的方式影响，也取决于太阳离海平面的海拔高度和太阳到地球表面的海拔高度，对穿过大气的影响看上去有所不同。
当太阳辐射能到达地球表面时，由于太阳光的光功率谱受到地区和气候的影响，太阳辐射中含有的紫外光和光功率特性根据地区、季节、气候和时区而有所不同。然而，为了方便起见，把某些参考作为使用的标准。把国际照明委员会(CIE)创建的出版物CIE85-1989作为用于测试模拟太阳光的标准光源参考，太阳辐射中紫外光、可见光和红外光的含量比通常分别为6.8％、55.4％和37.8％。
在到达地球表面的太阳辐射中含有的紫外光中，具有与最短波长对应的短波UVB区域(约280-315nm)的紫外光仅约为3％。然而，由于UVB区域中含有的光具有相对强的光子能量，即使UVB区域中含有的光量很小，也可对聚合物和有机材料的光降解产生很强的效应，从而认为是太阳光模拟中很重要的人造光源。
为了使暴露在聚合物材料等有机材料中的紫外光对化学降解产生效应，暴露在材料中的紫外光能量必须被吸收，基本上取决于有机材料的单一紫外光吸收特性。这一特性基本取决于化学分子结构，为各个聚合物材料提供不同的吸收特性。通常，许多聚合物材料的紫外吸收光谱方面(aspect)表现出接近300nm的短波区域的吸收率增加而接近400nm的长波区域的吸收率降低的趋势。然而，由于各个聚合物材料的紫外吸收光谱方面是不同的，很难一概而论。
当具有特定光功率谱的光源，诸如太阳光照射到上述提到的具有不同紫外光吸收光谱的聚合物材料时，聚合物材料的耦合器吸收特定波长的光能，以进行导致分解和氧化反应的化学降解。相应地，特定光源，诸如太阳光的激发光谱得以存在。
各个聚合物材料的差分紫外光吸收光谱导致的各种激发光谱因此成为导致利用紫外光或可见光区域中具有不同光功率谱的其他光源的光降解测试之间不一致的主要原因。这是导致与太阳光的光功率谱不一致的人造光源的测试结果与实际太阳光的测试结果之间不一致的最基本的原因。特别地，在对光降解产生直接效应的紫外光区域，太阳光和人造光之间的光功率谱是否不一致是很重要的。相应地，在聚合物材料和有机材料的光降解测试中，选择人造光源并使用具有在特定波长区域中去除紫外光功能的过滤器在技术上是有意义的。
然而，目前为止，在已开发的人造光源中，没有可用的光源具有与太阳光完全一致的光功率谱。即使常用来模拟太阳光的氙弧灯或金属卤化灯在不使用过滤器的情况下也不能够提供与太阳光的一致性，即使在使用适当过滤器的情况下，也不可能在整个区域以及紫外光区域与太阳光功率谱完全一致。因此，实际的选择是，采取一种方法，使用能够去除太阳光中不含的短波紫外光的紫外光过滤器，以便与太阳光一致，即使短波紫外光在光降解中的影响很大。
发明内容
技术问题
如上所述，在现有技术的人造光源中，利用整个紫外光区域中太阳光的光功率谱事实上不可能完全构成人造光源的光功率谱。有鉴于此，已经进行了一项调查，用太阳光构成能产生更强老化作用的短波紫外光。
然而，尽管做出了技术努力，模拟太阳光的人造光源仍然仅限于氙弧光源或金属卤化物球形灯等。其他高压和低压汞灯、阳光碳弧灯、紫外光荧光灯、紫外光LED灯以及一些金属卤化物灯等可发出紫外光区域的光。然而，整个光功率谱与太阳光不同。因此，仍然存在这些光源中不适合用于模拟太阳光的问题。
具体而言，当前模拟太阳光通常可选择的光源为氙弧光源或金属卤化物球形灯。然而，这些光源的光降解测试仍然存在的问题是，其照射强度仅限于类似太阳光达到地球表面的紫外光的照射强度水平。
换言之，除了对聚合物材料的光降解起重要作用的紫外光之外，太阳光还有更多的可见光和红外光。由于使用更高照射强度水平的这类光源时伴随的很强的集热效应，热敏聚合物材料会受到热而不是紫外光的热降解或热变形。由于该效应，在典型的加速光降解测试中，使用115W/m2以下的照射强度(约300至400nm的范围内)，对应白天平均紫外光三倍的光量。
鉴于这一问题，使用高度模拟太阳光的人造光源的光降解测试中，使用高强度紫外光照射不能够进行高加速的光降解加速测试。为了增加暴露于单位面积的紫外光照射的强度，尝试了各种试验，例如包括照射到相同点的几个光源灯重叠安装，试样架(specimen holder)和光源灯之间的距离在允许范围内尽可能接近。然而，这些尝试仅仅是用于增加从光源照射的紫外光照射的强度的手段，不会提供防止热降解和热损伤的适当的方法，因而通常不被使用。
相反，一些高压和低压汞灯以及金属卤化物灯具有生成较高强度水平的紫外光照射的特征，即使这些灯中可见光和红外光的含量很低。因此，能够使用高强度紫外光照射进行高加速测试，而不会对聚合物材料产生热降解或热损伤。
然而，由于紫外光区域中对聚合物材料产生光降解效应的光功率谱以及短波可见光的光功率谱与太阳光的光谱有很大不同，配备有这些灯的装置的问题在于，不能完全再现太阳光的光降解。鉴于这一问题，该装置在测试结果的利用和应用上非常有限。一般来说，配备有这些灯的这类测试装置不用于预测太阳光导致的光降解，而仅限于抗紫外光的简单比较评价应用中。
因此，使用两组灯对包括聚合物材料和有机材料的有机材料产品进行光降解测试。一组是具有太阳光模拟特征，但不具有高强度的紫外光照射的氙弧灯和金属卤化物灯，另一组是有利地具有高强度的紫外光照射但缺乏太阳光模拟特征的汞灯和金属灯。此外，不具有高强度的紫外光照射，同样缺乏太阳光模拟特征的紫外光荧光灯、紫外发光二级管灯等也用作聚合物材料的光降解测试中的光源。
需要多种灯用作聚合物材料的太阳光光降解的测试或模拟的原因归因于以下事实：每种灯都具有多种特征和优缺点。然而，具有适合高加速光降解测试中能够使用的高加速光降解装置的高强度紫外光照射特征连同适合模拟太阳光的光功率特征的光降解测试装置非常稀少。
为此，本发明的实施例提供了补救措施，应对将上述提到的氙弧灯和金属卤化物球形灯应用到高加速光降解测试装置以及上述提到的高压和低压汞灯、紫外光荧光灯等导致的缺乏太阳光模拟特征的测试装置的问题，以便在维持太阳光光降解的模拟特征的同时能够进行高加速降解测试。因此，使用无电极等离子体灯作为光源能够在短时间内评价或预测材料和产品的光降解导致的降解和损伤，其中无电极等离子体灯富含紫外光和短波可见光，但含有极少的红外光。
使用本发明的无电极等离子体灯作为光降解测试装置的光源，本发明的实施例可提供(高加速)光降解的加速测试装置，能够照射含有180W/m2以上、使用一般氙弧灯或金属卤化物球形灯难以达到的高强度紫外光。
此处，W/m2为紫外光照射单位，表示约300-400nm范围内的紫外光照射强度。
进一步地，本发明的实施例可提供加速光降解测试装置和方法，使用无电极等离子体光源使其能够在短时间内预测和评价紫外光或可见光等光在聚合物材料和有机材料，诸如塑料、橡胶、油漆、涂层、粘合剂、油、纸张等有机-无机复合材料，或含有这类材料的组分和产品导致的光降解特征。
进一步地，本发明的实施例可提供加速光降解测试装置和方法，使用无电极等离子体光源使其能够在最小化热降解或热损伤的同时进行高加速光降解加速测试，这得益于光源富含紫外光和可见光，但含有极少红外光这一事实。
进一步地，本发明的实施例可提供加速光降解测试装置和方法，使用无电极等离子体作为富含紫外光和短波可见光，但含有极少比例的红外光的光源使其能够在短时间内评价或预测材料和产品的光降解导致的降解和损伤。
技术解决方案
根据本发明的一个实施例，提供了一种使用无电极等离子体作为光源的加速光降解测试装置。该测试装置可包括用于使用至少一个无电极等离子体灯照射光的光照射单元；用于收集从光照射单元发出的光并将光均匀照射到材料或产品试样表面的聚光单元；以及用于固定试样的试样架，其中试样架固定在预定的位置或转动。
进一步地，测试装置还可包括连接至多个无电极等离子体灯并用于将光照射至试样架所处的试样室的多个光管，其中各个光管为管子的形状，包括对管子的内部约90％以上的紫外光反射率的材料；包括试样室的试样室分隔壁，其中各个光管垂直插入到多边形或圆形形状的分隔壁的每一侧，分隔壁被设置成从多个发光灯向试样架照射光；用于向试样喷水的喷水嘴，其中水从试样架的外部喷出；以及用于调节试样室温度和湿度的空调单元。
进一步地，光管的端部设有石英玻璃板，所述石英玻璃板在插入到试样室的横截面或两侧涂覆有防雾剂或防水涂层。
进一步地，测试装置还可包括浸泡单元，用于将试样架移入或落入装满水的水箱，并将试样在超声波振动水箱中浸泡一段预定时间。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置。该装置可包括用于接收控制命令的用户界面；控制单元，用于基于控制命令进行加速光降解测试，并以一定波长或波长范围带测量照射到试样的表面的紫外光强度；光照射单元，用于在控制单元的控制下，使用至少一个无电极等离子体光源照射含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光；以及用于固定试样的试样架，其中试样架固定在预定的位置或转动，以便在控制单元的控制下将光均匀照射到试样。
进一步地，光照射单元可包括多个透光棒，连接至多个无电极等离子体灯，用于将光透射至试样架所处的试样室，各个透光棒具有光管或光棒的形状，垂直插入到多边形或圆形的试样室分隔壁的各个段。
进一步地，控制单元可用于控制空调单元，调节试样室的温度和湿度，并从周期性地或连续性地测量紫外光照射量的紫外光辐射计接收紫外光照射量，以便控制光照射单元，维持恒定的紫外照射强度。
进一步地，测试装置还可包括浸泡单元，用于将试样架移入或落入装满水的水箱，并在控制单元的控制下将试样在超声波振动水箱中浸泡一段预定时间。
根据本发明的一个实施例，提供了一种使用无电极等离子体光源的加速光诱导降解测试方法。该方法可包括：在加速光诱导降解测试装置的控制单元从用户界面接收控制命令；基于控制命令，使用至少一个无电极等离子体灯向试样照射含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光；在试样室中将试样固定在预定的位置或转动；以及识别试样室的温度、湿度和紫外光照射量并调节识别的值至预定参考。
进一步地，所述向试样照射光可包括在聚光单元收集从至少一个无电极等离子体灯发出的光并将收集的光照射到试样的表面。
进一步地，所述至少一个无电极等离子体灯的光功率随着波长变长直到约300nm至500nm时而逐步变高，随着波长处于约600nm至750nm时而逐步变低，以生成具有类似太阳光的功功率谱，红外光区域的强度低于太阳光或氙弧光源的强度。
有益效果
根据本发明的上述实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置和方法具有如下所述的一个或多个效果。
根据本发明的实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置和方法利用无电极等离子体灯，提供了一种利用高强度紫外光照射的高加速光降解测试方法，这是常规的氙弧灯等很难实现的。由于无电极等离子体灯与紫外光和短波可见光区域中的太阳光具有类似的光功率分布，不同于现有技术中的紫外发光灯，诸如明火碳弧灯或金属环灯，可提供能够更准确模拟太阳光降解的加速测试方法。
进一步地，与氙弧灯相比，本发明实施例的无电极等离子体灯含有较少含量的红外光，因而能够有效抑制当紫外光照射强度变大时伴随的集热效应，以便提高促进特征。因此，可提供便利的手段，来控制试样温度，以便再现更准确的光降解机制。
同样，在本发明的实施例中，可提供将试样浸泡到超声波水箱的方法，这对在光降解加速测试中需要水分侵害(moisture infringement)效应的材料是必要的。因此，利用抗氧化剂或光稳定剂等添加剂，可用作由于光降解耐久性受影响的聚合物材料和产品的光降解加速测试中提高场再现性(fieldreproducibility)的方法。
此外，与明火碳弧灯以及常用的氙弧灯和金属环灯相比，本发明实施例的无电极等离子体灯具有长得多的使用寿命，因而可避免测试期间频繁更换灯导致的缺乏测试再现性问题，同样也可大大降低操作系统的成本负担。一般而言，氙弧灯和金属环灯的使用寿命为1500小时。相反，无电极等离子体灯的使用寿命最小为5000小时，并通常大于10000小时，这使系统的可靠操作成为可能。无电极等离子体灯的这一特征提供了这一优点，加速测试条件下使用高强度紫外光照射进行长时间光降解测试。
如上所述，根据本发明的实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试方法提供的效果是，缩短产品开发时间并降低开发成本。同样，得益于场降解和失效机制的准确再现，提供了用于提高产品质量和使用寿命的精确的加速测试方法。
附图说明
图1和图2为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的结构的结构图，其中图1包括水平布置成圆形的多个无电极等离子体光源，图2包括垂直布置的多个无电极等离子体光源。
图3为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的结构的框图。
图4为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的操作的流程图。
图5为示出了太阳光与根据本发明的一个实施例的无电极等离子体灯相比较的光功率谱的曲线图。
具体实施方式
下面，将从结合附图进行描述的实施例，更清晰地理解本发明的示例性实施例的优点和特征及其实现方法。然而，本发明并不限于这些实施例，并可实现为多种形式。应当注意的是，提供实施例是为了充分公开本发明，并且使本领域技术人员全面地理解本发明的范围。因此，本发明的范围仅仅由所附的权利要求所限定。在所有附图中，相似的附图标记表示相同或相似的元件。
在下面的描述中，已知功能或构成如果因为不必要的详述会模糊本发明，将不进行详细的描述。进一步地，考虑到下文所述的术语在本发明中的功能，将对这些术语进行限定，并且根据使用者或操作者的意图或实践而有所不同。相应地，术语的定义应当基于贯穿该说明书的内容而进行。
框图和本文所附的顺序图中各个框的各个步骤的组合可用计算机程序指令进行。由于计算机程序指令可加载到通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器中，计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器执行的指令可创建设备，用于执行框图中各个框或顺序图中各个步骤的描述的功能。由于计算机程序指令为了以特定方式执行功能，可存储在计算机可用或可读的针对计算机或其他可编程的数据处理装置的存储器中，存储在计算机可用或可读的存储器中的指令可生成包括指令设备的制造项目(manufacturing items)，用于执行框图中各个框或顺序图中各个步骤中描述的功能。由于计算机程序指令可加载在计算机或其他可编程的数据处理装置中，指令可提供用于执行框图中各个框或顺序图中各个顺序中描述的功能的步骤，其中所述指令的一系列处理步骤在计算机或其他可编程的数据处理装置中执行，以生成由计算机执行的步骤，操作计算机或其他可编程的数据处理装置。
此外，各个框或各个顺序可表示模块、片段、或包括用于执行特定逻辑功能的至少一个可执行指令的一些代码。在一些替代的实施例中，还应注意，框或顺序中描述的功能可以不按照该顺序。例如，两个连续框和顺序根据相应的功能可基本上同时执行或经常颠倒次序执行。
下文中，将参照附图详细描述本发明的实施例。
图1为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的结构的结构图，其中多个无电极等离子体光源水平布置成圆形。
参照图1，加速光降解测试装置100可包括无电极等离子体源110、喷水嘴120、试样架130、试样室分隔壁140、石英玻璃板150、光管160和试样室170。
连接至无电极等离子体源110的光管160被称为光照射单元。光管160由6厘米宽、6厘米高和18厘米长的铝片制成，用于反射紫外光，并根据光源的数量可使用八个。
无电极等离子体源110和光管160可逐个相应连接以设置成八边形的形状。八边形形状的试样室分隔壁140可包括在中心的试样室170。以预定厚度制造的试样室分隔壁140可构成在每一侧可垂直插入的光管160的结构。在这种情况下，试样室分隔壁140可构成八边形以外的其他形状，这取决于实现方法。
无电极等离子体源110可位于八边形的外侧，光管160的一端可连接至规则八边形的环，而不形成间隙。八边形形状的光管160可配置有由涂覆有防雾剂的石英玻璃板150阻挡的出口。利用该配置，从光管160照射的光可呈圆形照射到试样室170。在18厘米长的光管160中，从不锈钢壁表面突出的至多7厘米的长度将试样室分隔成内室和外室，并位于试样室的内室，剩余的11厘米长度位于试样室的外室中的机房。
将注射成47mm宽、67mm高和3mm厚的矩形形状的塑料试样固定在试样架130上，所有八个试样在此垂直放置在八边形支架上。定位八边形形状的试样架130以便基本上贴合八边形形状的光管160的出口，即石英玻璃板150上，以便在以1-10rpm的恒定速度转动的可转动支架上形成试样架130。就此而言，当试样架130转动时，架130可呈圆形布置，光可从发光源110向圆形内侧的方向照射。
即，转动架设置成具有试样架把手或作为转动轴的柱132的轮毂结构。试样架把手或柱132的底部具有径向结构或可连接至试样架130的底部的试样架衬套134。利用这一结构，各个连接至径向试样架衬套134的试样架130可随着试样架130的把手或柱132的转动而同时转动。
用于向暴露于照射光的位置喷水的喷水嘴120和压缩空气喷嘴可安装在试样架130的周围。试样架130可配备有空气压移动单元，以便上下移动。在照射期间，试样架130可向上移动并位于暴露在聚焦光的位置，在装满水的水箱浸泡期间，试样架130可向下移动，并可位于浸泡位置。
可自动控制试样架130的这种移动，以便通过控制单元300的操作程序定位给定时间。在浸泡测试进行的水箱底部，安装温度控制功能单元和超声波振动功能单元，以在浸泡期间进行具有合适温度的超声波振动测试。
试样架130所处的试样室设计成通过空调单元控制温度和湿度，也可配备有T型氟基树脂有线温度传感器，以便直接测量试样表面的温度。此外，也可安装紫外光辐射计，使其置于试样表面相同的平面，从而测量照射到试样表面的紫外光照射量。
同时，光照射单元可以不同的方式配置。例如，可使用包括无电极等离子体光源、液态光导和图2示出的棒状平衡冷凝单元161(例如，石英玻璃材料的发光方棒)的光照射单元。光照射单元的冷凝单元161可固定在注入有47mm宽、67mm高和3mm厚的矩形形状的塑料试样的正中心，聚焦冷凝单元的透镜，使得在试样的表面7厘米处更好地形成光的图像。
图3为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的结构的框图。
参照图3，加速光降解测试装置100可包括控制单元300、电源302、用户界面304、光照射单元306、空调单元308、浸泡单元310、紫外光辐射计312以及试样架驱动单元314。
具体而言，电源302可为加速光降解测试装置100中的各个功能块提供电力。用户界面304可通过有线或无线网络与驱动加速光降解测试装置100的用户互锁，并通过用户终端等接收控制命令，并将输入控制命令传输至控制单元。
控制单元300可控制各个功能块并可包括用于驱动加速光降解测试装置100的操作程序。操作程序为进行加速光降解测试做准备，并控制光照射单元306、空调单元308、浸泡单元310、紫外光辐射计312以及试样架驱动单元314等。
首先，控制单元300可控制包括无电极等离子体光源110的光照射单元306发出待照射到试样的光。空调单元308可包括安装在试样室的温度控制单元和湿度控制单元。空调单元308可将测量的温度和湿度周期性地传输到控制单元，从而在控制单元300的控制下控制温度和湿度。
有很多控制温度和湿度的方法。例如，一种方法是使用循环类型的冷却设备将加压空气吹入或将水喷射到试样，另一种方法是利用吹向试样的冷却空气，其中使用循环类型的冷却设备中的冷却腔室外部吸入的空气的冷却器或热交换器将冷却空气吹向试样。在加速光降解测试装置100和循环类型的冷却设备互锁之后，这种控制方法可在控制单元300的控制下进行。
浸泡单元310可将试样架130降至装满水的水箱。紫外光辐射计312可周期性地或连续性地测量将要照射到试样表面的紫外光的照射量，并将测量的值传输至控制单元300。
紫外光辐射计312可校验照射量，例如在紫外光照射强度的各个光降解测试的开始时间和完成时间之间的时间，并传输校准至控制单元300。为此，控制单元300可随后控制恒定的紫外光的照射强度，以在光降解测试期间，通过应用紫外光的照射强度的平均值或使用反馈由光照射单元306自动控制来保持所述照射强度。
试样架驱动单元314可在控制单元300的控制下以恒定的速度转动试样架130，或可通过控制气压将试样架130上下移动。换言之，在浸泡测试期间，与浸泡单元310处于互锁状态的试样架驱动单元314可向下移动试样架，以便浸泡试样。
参照图4详细说明加速光降解测试装置100的这种操作方法。
图4为示出了根据本发明的一个实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置的操作的流程图。
参照图4，在框400，当加速光降解测试装置中的电源302的开关接通时，电源302变得向控制单元300和各个功能块提供电力，以获得加速光降解测试装置。
接下来，在框402，当用户界面304从用户接收控制命令时，用户界面304将控制命令传输至控制单元300，控制单元300基于接收的控制命令进行光降解测试。
即，在框404，控制单元300控制光照射单元306，驱动其从无电极等离子体光源110照射光，在框406，控制单元300根据接收的控制命令或光降解的预定的测试方案，确定试样架驱动单元314是否需要被驱动。在控制单元300确定其需要被驱动的情况下，在框408，控制单元300以预定的时间单位转动试样架驱动单元314，或上下移动试样架驱动单元314。
接下来，在框410，控制单元300从空调单元308和紫外光辐射计312接收温度、湿度、和紫外光照射量，在框412，控制单元300控制空调单元308和光照射单元306基于接收的值维持预定的环境，从而进行温度控制、湿度控制和紫外光照射量控制等。
利用该性能，在框414，能够检查光降解导致的试样变化，从而评价或预测试样是否受损或损伤。
同时，富含可见光但红外光比率欠佳的无电极等离子体灯具有显色指数94以上的强色泽稳定性，并提供5,300K以上类似于太阳光的色温。同样，本实施例中使用的无电极等离子体灯是具有以下特点的一种灯：与天阳光相同的接近300nm的短波紫外线区域的强度最低，并朝着长波的方向逐渐变高，接近500nm短波可见光区域的强度最高，并在大于约600nm的区域急剧降低，约750nm以上红外光区域的强度基本上低于太阳光或氙弧光源的强度。
具有这种无电极等离子体灯作为光源的加速光降解测试装置100可与单个灯或多个灯一起使用。单独使用的情况下，可使用能够无损耗聚光的光学凸透镜或反射镜。
即使在使用多个灯的情况下，可使用凸透镜或反射镜将光汇聚到期望的照射部位。然而，在使用多个灯的情况下，还可以采用以下方法将光汇聚到期望的照射部位：只需要将灯适当布置，而不用使用凸透镜或反射镜。
在无电极等离子体光源使用小于0.5kW输出的情况下，光输出相对小于用于测试光降解的常规灯的输出。因此，即使多个灯一起使用，很难获得单位面积高的紫外光照射强度。因此，使用这种无电极等离子体光源，为了能够利用高加速特性进行高强度紫外光照射实现高加速的加速测试装置，有必要使用与反光管、反光灯罩、聚光透镜等将灯发出的光汇聚到较小区域的并行方法。当使用这种聚光设备时，重要的是，光汇聚到试样表面必须指示均一的照射强度。
常用透镜类型或反光灯罩的聚光使汇聚的光能汇聚到一个点或弧上。因而，很难获得均一的照射强度。特别的，不期望使用具有弯曲圆形或椭圆形结构的常用凸透镜、反光灯罩或圆柱形管体现这种聚光。因此，在无电极等离子体灯的聚光设备中，例如，可优选通过图1示出的具有方管形状的光管160或图2示出的方棒形状的透光棒162将光均匀汇聚。
此处，图1中方管形状的光管160或图2示出的方棒形状的透光棒162优选具有透光的方形横截面，以便照射方形的光。每个光源的照射面积预期可在400mm2至4000mm2的范围内调节。照射面积小于400mm2的光汇聚很难再现性地维持照射强度，并且相对很难作为试样的表面温度控制，这是由于小面积的局部集热效应，很难确保光降解的再现性。
与此相反，照射面积大于4000mm2的光汇聚可提供这种程度的低紫外光照射强度，使得加速测试的光汇聚几乎变得没有意义，因而不希望使用。最优选的照射区域在650mm2至1000mm2的范围内。
光管和透光棒的长度优选为方形透光横截面的至少一倍到至多十倍。小于一倍的情况下，整个照射区域的照射强度均一性变得很差。大于十倍的情况下，整个照射强度变弱。
光管的内表面必须由反射率至少为90％的材料制成。这种材料的优选示例可为铝板或铝膜，聚四氟乙烯或硫酸钡涂层等氟化聚合物具有规则反射或漫反射的功能。在一些情况下，可使用紫外光反射涂层处理的石英玻璃板。紫外光反射涂层必须具有约300-500nm波长的紫外光和至少为90％的短波可见光反射率，优选具有大于约600nm波长的可见光和小于约30％的红外光反射率(即，透射约70％以上)。
对于光管的两个端面，可使用具有极好紫外光透射率的石英玻璃透镜或具有特定厚度的石英玻璃板。对于石英玻璃板，可使用能够过滤一定区域的紫外光的具有过滤功能的板。此外，希望沿着试样的照射方向，在板定位的表面上使用防雾涂层或防水涂层，以避免施加到试样的细小水颗粒或水滴导致光传播变形。
同样，为了增加去除红外光的效应，可用的方法是，光管的两个端面可用密封的石英玻璃板密封，在密封的内侧填充具有极好紫外光透射率的流体或蒸馏水，流体的温度通过循环类型的冷却单元控制。
此处，可用的方法是，使用常用的圆形凸透镜或反光罩汇聚从无电极等离子体灯发出的光，随后使用汇聚的光。在这种情况下，一个或多个凸透镜或圆形反光罩汇聚的光可与凸透镜一起使用。
当穿过之前提到的光管或透光棒时，希望汇聚的光经过将待汇聚到焦点的光分散的平衡过程。对于分散过程，可使用引发散射的分散过滤器或使用在光管内侧中具有散射/反射功能的反射镜等方法。
除了使用光管或透光棒通过焦点处的凸透镜或反光罩将汇聚到焦点的光透射到试样表面的方法，可使用利用光导的方法，其中所述光导中填充有允许紫外线透射的石英玻璃材料的光纤维或液体混合物。与光管或透光棒相反，由于光导有利地可在一定允许范围内使光变形或弯曲成曲线，这为制备装置中设置灯和试样之间的位置提供了有利的条件。
同时，利用常规的样品板温度(BPT)的控制方法，实现试样照射区域的温度控制是可行的。然而，考虑到紫外光比使用的太阳光具有高得多的照射强度水平，希望直接测量待照射的试样表面，以控制试样的温度，或基于腔室温度(CHT)控制温度，而不考虑试样的温度。
此处，试样表面的温度控制范围从室温至110℃，但更优选的温度控制范围为30-85℃。由于试样在腔室温度和照射灯强度的相同条件下会根据试样的材料和颜色而积聚、传导和辐射热量，试样的表面温度可发生变化。因此，在高加速的光降解加速测试装置中的受控样品板温度可与实际太阳光获得的样品板温度不同。
温度彼此不同的原因是，通过使用实施例中具有显著较低的红外光率的光照射获得的试样表面的温度，与通过使用具有相同的紫外光照射强度水平的太阳光照射获得的试样表面的温度变得彼此不同。
出于上述原因，与不考虑试样实际的表面温度，使用待组装到测试装置的样品板温度计调节温度控制相比，为超加速光降解测试给出的试样表面的温度控制可能会更加准确地用直接测量试样的表面温度来调整。
此处，测量试样的表面温度的温度传感器优选为T型氟树脂电缆涂覆的线缆型传感器。然而，本发明的试样表面温度的测量不限于上述提到的T型和线缆型传感器，此外，也可使用接触型温度计和非接触型红外温度计。
同样，本发明的试样表面温度和腔室温度可在自然对流或加压空气吹入或水喷射的条件下控制。最优选的方法是，使用图2示出的吹风机180控制吹入到试样表面的空气的量而形成的加压吹入。当试样的表面温度高于腔室温度时应用的这种方法可用于大多数情况。
当紫外光照射强度维持较高时，或进行热敏材料的光降解时，只使用吹风功能不足以将试样的表面冷却到期望的温度。在这种情况下，除了利用腔室中空气循环的吹风功能外，希望利用吹入从腔室外部吸入的空气提供更有效的冷却，然后通过图3的空调单元处的冷却器或热交换器冷却。使用冷却器的情况下，希望与循环冷却空气一起使用一部分冷却的空气和用于冷却试样表面的空气，以防止灯变得过热。
此外，在光降解照射期间，为了模拟水分的降解效应，可使用借助图3的空调单元308控制腔室内湿度的方法或借助喷水嘴120喷水的方法。
在本发明的一个实施例中，除了湿度控制和喷水功能，可使用通过图3的浸泡单元在受控的温度下将超声波应用到浸泡在超声波水槽中的试样的方法。该方法在增加塑料或薄膜内部的湿度渗入速度上是有效的，并且也可快速除去表面附近的添加剂。通过这种方式，可在短时间内在(加速的)光降解加速测试装置中再现由于长时间暴露在户外降水和凝露对聚合物材料的水分侵害效应。
当试样浸泡在超声波水槽中时，从结构层面的角度不可能进行紫外光照射。因此，希望进行循环测试，以便在预置时间内利用自动或手动的方式，交替地重复光照射测试和浸泡到超声波水箱的测试。相应地，在本发明中，能够使用安装在光降解照射系统中的超声波水箱，或使用提供的超声波水箱作为独立的设备。
超声波水箱中水的温度优选在4℃-90℃的范围内。在低于该温度范围的温度下，一部分水可能结冰，在高于该温度范围的温度下，可在试样的表面产生过多的气泡，使得很难进行再现性测试，还可引发热敏材料产生热降解。
图1和图2的试样固定到试样架130。在固定的状态，可以用活动方式(图1)或固定方式(图2)在与固定灯和冷凝单元对齐的高照射位置进行测试。在只使用一个灯进行测试的情况下，希望使用固定方式进行测试，在使用多个灯进行测试的情况下，考虑到各个灯中会发生紫外光照射强度的偏差，希望用转动的方式进行测试，以便使该偏差达到平衡。
针对希望的试样架的转动方法，将多个灯布置成如图1所示的圆形，以将光照射到圆形的内表面，待照射的圆形内表面布置成彼此垂直邻接，以便形成一个矩形形状或几十个矩形形状，因而可迫使矩形形状或几十个矩形形状对应的试样架130转动。如果由一条矩形形状或几十个矩形形状组成的试样架被称为一层，则能够配置灯、冷凝单元和试样架使其布置成多层。
因此，在转动的移动型架中，至少4个试样可同时进行测试，但更优选的是，使用能够同时测试6-36的范围内的试样的转动架。具有试样的试样架具有容易从光照射位置移动到超声波水箱的结构。
在超声波水箱位于装置的底部和紫外光照射单元位于装置的顶部的设计情况下，可以使用自动设备，将整个试样架以垂直移动方式从光照射的位置移动到超声波水箱。在手动移动的情况下，希望安装把手132，方便从装置中移除整个试样架，并将其放置在超声波水箱。
使用加速的光降解测试装置100的光照射单元306进行光照射之后，可以使用色差仪利用ASTM E313标准，在含有或不含的镜面组件的情况下，应用色差(ΔE)或黄化指数变化(ΔYI)的方式进行塑料材料表面的光降解测量。
在下文中，将使用加速光降解测试装置100的多种方法的实施例与使用现有技术的实施例进行比较说明。
第一实施例
使用图1的加速光降解测试装置100控制照射强度，发出约600W/m2的紫外光照射强度(基于约300-400nm的紫外光照射强度)。从用于注入应用的聚丙烯树脂(黑色，编年史(Chronicles)M1452U)注入的试样被浸泡在温度为40℃的水箱中，重复“超声波振动一小时-不用超声波振动一小时”两周。接下来，在15℃的腔室温度和50％RH的湿度条件下，每两小时喷水20分钟，从测试开始测量表面的色差变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分别为0，0和3。
作为与上述测试比较的比较测试(比较示例1)，基于根据SAE J1960标准的测试条件，使用氙弧光降解测试仪处理第一实施例中使用的聚丙烯树脂试样，即，样品板温度为70℃，湿度为50％RH，光照射两小时，无光照射的情况下喷水一小时。接下来，从测试开始测量表面的色差变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分别为0，0和0。
作为第二比较测试(比较示例2)，第一实施例中使用的聚丙烯树脂试样放置在朝南37°设置的暴露测试工具上，该工具位于韩国忠清南道瑞山市的韩国合规实验室(Seosan city,Chungcheongnam-do,Korea of Korea conformityLaboratories)处，并从2007年10月至2009年9月进行23个月的户外暴露测试。在测试期间使用累计的紫外光量测量的色差变化值表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分别为0，1和3。
第二实施例
使用图2的加速光降解测试装置100调节由无电极等离子体灯和棒状平衡冷凝单元组成的光照射单元的照射强度，发出1200W/m2的紫外光照射强度。接下来，从用于注入应用的聚甲醛树脂(白色，KEP F20-03)注入的试样在20℃的腔室空气温度和50％RH的湿度条件下进行测试，直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ，测量表面的色差变化。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分别为0，2和6。
作为与上述测试比较的比较测试(比较示例3)，使用氙弧光降解测试仪调节照射强度，发出1200W/m2的紫外光照射强度。接下来，第二实施例使用的聚甲醛树脂试样在样品板温度为70℃，湿度为50％RH的条件下进行测试，没有喷水的情况下光照射100分钟，喷水情况下光照射20分钟，直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ，测量表面的色差变化。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分别为0，1和5。
第三实施例
使用图1的加速光降解测试装置100调节照射强度，发出约600W/m2的紫外光照射强度。从用于注入应用的聚碳酸酯树脂(无色透明，拜耳AL2647)注入的试样，在腔室温度为40℃，湿度为50％RH的条件下，每两小时喷水20分钟。接下来，测试并测量表面的黄化指数变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的黄化指数分别为6，11和12。
作为与上述测试比较的比较测试(比较示例4)，基于根据SAE J1960标准的测试条件，使用氙弧光降解测试仪处理第三实施例中使用的聚碳酸酯树脂试样，即，样品板温度为70℃，湿度为50％RH，光照射两小时，无光照射的情况下喷水一小时。接下来，测试并测量表面的黄化指数变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的黄化指数分别为5，10和11。
第四实施例
使用图2的加速光降解测试装置100调节由无电极等离子体灯和棒状平衡冷凝单元组成的光照射单元的照射强度，发出900W/m2的紫外光照射强度。从用于注入应用的丙烯酸树脂(无色透明，LG化学IH830)注入的试样在25℃的腔室空气温度和50％RH的湿度条件下每两小时喷水20分钟。接下来，测试并测量表面的黄化指数变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的黄化指数分别为0，1和2。
作为与上述测试比较的比较测试(比较示例5)，使用氙弧光降解测试仪调节照射强度，发出600W/m2的紫外光照射强度。接下来，第四实施例使用的丙烯酸树脂试样在样品板温度为70℃，湿度为50％RH的条件下每两小时喷水20分钟。接下来，测试并测量表面的黄化指数变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的黄化指数分别为3，8和12。
作为与上述测试比较的另一个比较测试(比较示例6)，基于根据SAEJ1960标准的测试条件，使用氙弧光降解测试仪处理第四实施例中使用的丙烯酸树脂试样，即，样品板温度为70℃，湿度为50％RH，光照射两小时，无光照射的情况下喷水一小时。接下来，测试并测量表面的黄化指数变化直到累计的紫外光量达到100MJ、300MJ和500MJ。测试结果表明100MJ、300MJ和500MJ的黄化指数分别为0，0和1。
正如根据上述实施例和示例的测试结果，与示例的测试相比，实施例的测试能够进行加速测试，并照射与太阳光的紫外光功率分布具有相似特性的高紫外光强度。相应地，与最常用的氙弧光降解测试仪实现的常用测试条件相比，可进行加速性能增加十倍或以上的高加速的光降解加速测试，而不会产生对试样过度加热的副反应。
更具体地，比较示例1中使用氙弧光源的测试装置的光降解测试需要大约178天(六个月)，而基于相同的紫外光照射量的第一实施例的光降解测试需要大约12天。考虑到为提高场再现性而引入的超声波振动浸泡条件的整个测试周期为26天，与比较示例1中测试的178天的测试周期相比，第一实施例的测试预计有约7倍以上的加速性能。同样，与比较示例2中户外暴露测试的条件下进行的23个月的测试周期相比，第一实施例的测试预计有约27倍以上的加速性能。
此外，第一实施例的测试结果表明其更接近根据比较示例2利用自然太阳光的户外暴露测试的测试结果的表面色差变化，而不是比较示例1利用氙弧光源的测试结果。因此，加速的加速性能显著提高，并且场再现性也比氙弧光源装置更优越，当然，应理解要确保取决于测试条件的适当设置。
与使用比较示例3的氙弧光源的光降解测试仪加速所获得的加速性能的最高值相比，第二实施例的测试可实现快十倍的高加速测试条件。因而，加速测试结果表明，基于相同的紫外光照射量，需要进行60天的测试只需要6天。
此外，尽管测试周期显著被缩短，但第二实施例的测试结果显示出与比较示例3的氙弧光源的测试结果确认的变化相类似的表面色差变化。因而，应理解，借助高加速的测试方法的紫外光降解加速测试对于给定塑料材料的光降解具有足够的再现性。
与使用比较示例4的氙弧光源的光降解测试装置中最广泛使用的紫外光照射强度相比，第三实施例的测试表明了相当于十倍的高强度紫外光照射的光降解加速测试结果。基于相同的紫外光照射量，实施例的加速测试方法和装置可在12天内进行测试，而利用氙弧光源的系统进行测试需要178天。因而，可进行相当于快约15倍的加速测试。
进一步地，尽管测试周期被急剧缩短，第三实施例的测试结果显示出与比较示例4的氙弧光源的测试结果确认的变化相类似的表面黄化指数变化。因而，应理解，利用实施例的高加速测试方法和装置的光降解加速测试足以模拟太阳光对塑料材料引发的光降解应用。
与使用比较示例5的金属环光源和比较示例6的氙弧光源的光降解测试系统中最广泛使用的紫外光照射强度相比，第四实施例的测试显示出分别相当于1.5倍和15倍的高强度紫外光照射的光降解加速测试结果。
基于相同的紫外光照射量，本发明的加速测试方法和装置进行8天的光降解测试，金属环光源的系统作为高加速的光降解的系统需要进行12天，普通氙弧光源的系统进行测试需要178天，从而进行加速测试相当于分别快1.5倍和22倍。
此外，应理解，比较示例5的金属环光源的光降解的测试结果与氙弧光源的光降解测试结果在表面黄化指数变化上彼此不同，使用金属环光源的系统的加速测试方法对高加速的加速测试是可行的，而氙弧光源的系统在再现性上有很大不同。然而，本发明的加速测试方法和装置的测试结果能够得到与氙弧光源，甚至是利用高加速的加速测试的光降解相类似的测试结果。
如上所述，根据本发明的实施例，用120-1,200W/m2的高紫外光强度照射，而不会对试样的表面产生热损伤，甚至不使用过多的冷却单元，借助具有与太阳光功率谱相类似的紫外光区域的无电极等离子体灯可实现高加速的光降解加速测试，也可在短时间内在超声波振动水箱中获得浸泡效应，实现短时间水分侵害效应。
上述高加速的光降解测试装置可用于所有材料和产品的光降解(或抗风化)，尤其是借助氙弧光源的系统，在需要30天以上的长时间测试周期的光降解测试之前，有必要进行初步调查测试时是十分有用的。当选择适当水平的本发明的紫外光照射强度，根据待测试的材料和产品的光降解特性获得更好的再现性，优化超声波振动水箱的浸泡条件，空调单元操作条件、湿度、喷水等和控制试样表面温度的腔室，可能获得具有更好再现性的光降解的加速测试结果。
图5为示出了太阳光与根据本发明的一个实施例的无电极等离子体灯相比较的光功率谱的曲线图。
参照图5，附图标记400为本发明的无电极等离子体灯的光功率谱，附图标记450为放大到与无电极等离子体灯的光功率谱的照射强度类似的照射强度的太阳光的光功率谱。
作为本实施例的无电极等离子体灯的光功率谱400与太阳光的光功率谱450相比较的结果，可以看出，两个光谱400和450在对塑料材料等光降解最重要的波长区域的400nm以下的紫外光区域，以及约400-500nm的短波可见光区域彼此具有类似的分布。
同样，可以看出，从600nm以上的长波可见光区域，与太阳光的光功率谱450相比，无电极等离子体灯的光功率谱400迅速降低，在800nm以上的红外光区域，两个光谱的差异变得很大。从这种差异可以看出，即使当紫外光维持与太阳光类似的紫外光光降解时提供高紫外光照射强度，红外光的集热效应也变得非常小。同时，本发明的无电极等离子体灯含有太阳光中不含的295nm以下的短波紫外光，比氙弧光源或金属环光源少，因而优势在于，在不需要严格波长再现性的光降解测试中，不需要专门的过滤器，来去除紫外光。因此，不需要在氙弧光源或金属环光源的常见系统操作中占据较大比例的过滤器的更换成本。
然而，不同于太阳光的光功率谱250，本实施例的无电极等离子体灯的光功率谱200在接近327nm、412nm和453nm的光量特性迅速降低。在这种特性出问题的测试情况下，通过使用在约325nm和410nm出现发射顶峰的区域的紫外光发光二极管(UV-LED)和可见光发光二极管(VIS-LED)的方法作为补充。即，无电极等离子体光源110可与UV-LED和VIS-LED一起安装到图1的光照射单元。
进一步地，在本发明的实施例中，可在120W/m2-1200W/m2的范围内调节汇聚到照射区域的紫外光照射强度，取决于无电极等离子体灯的数量，灯与试样之间的距离，光管或透光棒的尺寸和长度等。当然，照射强度可调节到120W/m2以下。然而，在这种情况下，很难满足高加速的加速测试需要的条件。相反地，在照射强度可调节到1200W/m2以上的情况下，很难抑制或控制聚光单元产生的集热效应导致的温度过度上升。
如上所述，根据本发明的实施例，使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置和方法用于短时间内预测和评价紫外光或可见光等暴露于聚合物材料和有机材料，有机-无机复合材料，或含有这些材料的组分和产品导致的光降解特性，使用无电极等离子体作为光降解测试的光源，在短时间内进行材料和产品的光降解导致的降解和损伤的评价或测试，其中无电极等离子体灯富含紫外光和短波可见光，但基本上不含红外光。
尽管结合特定实施例描述了本发明，应理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以做出各种修改和变化。因此，本发明的范围并不限于此处阐述的实施例，而应由所附权利要求及其等同物确定。

Claims (11)

1.一种加速光降解的测试装置，用于通过含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光测量材料或产品中光降解导致的降解，其特征在于，所述装置包括：
用于使用至少一个无电极等离子体灯照射光的光照射单元；
用于收集从所述光照射单元发出的光并将光均匀照射到材料或产品试样表面的聚光单元；以及
用于固定所述试样的试样架，其中所述试样架固定在预定的位置或转动，
其中所述至少一个无电极等离子体灯的光功率在300nm至500nm随着波长变长而逐步升高。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，进一步包括：
连接至多个无电极等离子体灯并用于将光照射至所述试样架所处的试样室的多个光管，其中各个光管为管子的形状，包括对管子的内部90％以上的紫外光反射率的材料；
包括所述试样室的试样室分隔壁，其中各个光管垂直插入到多边形或圆形的所述分隔壁的每一侧，所述分隔壁被设置成从多个无电极等离子体灯向所述试样架的一侧照射光；
用于向所述试样喷水的喷水嘴，其中水从所述试样架的外部喷出；以及
用于调节所述试样室温度和湿度的空调单元。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述光管用石英玻璃板装饰，所述石英玻璃板在插入到所述试样室的横截面或两侧涂覆有防雾剂或防水涂层。
4.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，进一步包括：浸泡单元，用于将所述试样架移入或落入装满水的水箱，并将所述试样在超声波振动水箱中浸泡一段预定时间。
5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述至少一个无电极等离子体灯的光功率随着波长处于600nm至750nm区域而逐步降低，以及
红外光区域的强度低于太阳光或氙弧光源的强度。
6.一种使用无电极等离子体光源的加速光降解测试装置，其特征在于，所述装置包括：
用于接收控制命令的用户界面；
控制单元，用于基于所述控制命令进行加速光降解测试，并以一定波长或波长范围带测量照射到试样的表面的紫外光强度；
光照射单元，用于在所述控制单元的控制下，使用至少一个无电极等离子体灯照射含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光；以及
用于固定所述试样的试样架，其中所述试样架固定在预定的位置或转动，以便在所述控制单元的控制下将光均匀照射到所述试样，
其中所述至少一个无电极等离子体灯的光功率在300nm至500nm随着波长变长而逐步升高。
7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述光照射单元包括多个透光棒，连接至多个无电极等离子体灯，用于将光透射至所述试样架所处的试样室，
各个所述透光棒具有光管或光棒的形状，垂直插入到多边形或圆形的试样室分隔壁的各个段。
8.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述控制单元用于控制空调单元，调节所述试样室的温度和湿度，并从周期性地或连续性地测量紫外光照射量的紫外光辐射计接收紫外光照射量，以便控制所述光照射单元，维持恒定的紫外照射强度。
9.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，进一步包括浸泡单元，用于将所述试样架移入或落入装满水的水箱，并在所述控制单元的控制下，将所述试样在超声波振动水箱中浸泡一段预定时间。
10.一种使用无电极等离子体光源的加速光诱导降解测试方法，其特征在于，所述方法包括：
在加速光诱导降解测试装置的控制单元从用户界面接收控制命令；
基于所述控制命令，使用至少一个无电极等离子体灯向试样照射含有紫外光和可见光的模拟太阳光诱导降解的光；
在试样室中将试样固定在预定的位置或转动；以及
识别所述试样室的温度、湿度和紫外光照射量并调节识别的值至预定参考，
其中所述至少一个无电极等离子体灯的光功率在300nm至500nm随着波长变长而逐步升高。
11.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，所述向试样照射光包括在聚光单元收集从所述至少一个无电极等离子体灯发出的光并将收集的光照射到所述试样的表面。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3097409A1 (en) * 2014-01-23 2016-11-30 SABIC Global Technologies B.V. Method for accelerated degradation of thermoplastics
KR101725964B1 (ko) 2015-12-14 2017-04-11 주식회사 포스코 시험편 고정 장치
KR102397540B1 (ko) * 2016-07-29 2022-05-12 김선미 광조사면의 균일성을 개선한 내후성 시험기
KR102366815B1 (ko) * 2016-07-29 2022-02-22 김선미 펄스자외선을 이용한 내후성 시험기
WO2018062541A1 (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 富士フイルム株式会社 積層構造
KR101842639B1 (ko) * 2016-11-22 2018-05-14 한국해양과학기술원 다중광원 구조를 이용한 광분석장치 및 그 방법
KR101883490B1 (ko) * 2016-12-27 2018-08-30 코오롱글로텍주식회사 초촉진식 광열화 시험방법
KR101936946B1 (ko) * 2018-02-19 2019-01-11 한국화학연구원 실내 태양광 자외선 모사 시험 장치 및 이를 이용한 시험 방법
CN108426871B (zh) * 2018-05-09 2021-01-01 姚勇 基于增强效应的气体拉曼光谱仪
KR102144095B1 (ko) * 2018-12-18 2020-08-14 서울대학교산학협력단 우주환경 모사 장치 및 이를 이용한 가속 수명 시험 방법
US11460393B2 (en) * 2019-06-27 2022-10-04 The Insulating Glass Certification Council System and method for accelerated weathering testing of insulating glass units
RU204934U1 (ru) * 2020-12-25 2021-06-18 Автономная некоммерческая организация высшего образования «Белгородский университет кооперации, экономики и права» Устройство для оценки светостойкости
CN112798517A (zh) * 2021-02-01 2021-05-14 北京科技大学 一种路面结构材料加速老化试验系统
CN113447644A (zh) * 2021-05-31 2021-09-28 海南大学 一种用于研究塑料堆肥降解的实验装置
CN113976617B (zh) * 2021-11-08 2022-10-28 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种模拟太阳光照射降解土壤中石油烃的装置及方法
FR3130374A1 (fr) * 2021-12-10 2023-06-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Enceinte de photo-vieillissement à multi-irradiance
KR102617921B1 (ko) * 2022-02-21 2023-12-28 한국화학연구원 계절 모사 촉진내후성 시험 서비스 제공 방법, 컴퓨터 프로그램 및 장치
KR102537609B1 (ko) 2022-08-17 2023-05-26 한국화학연구원 태양 자외선 모사용 발광 플라즈마 램프용 전구 및 이를 포함하는 램프

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004526A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Sony Corp 耐光性試験方法及び試験装置
CN1648640A (zh) * 2004-01-15 2005-08-03 松下电器产业株式会社 成分分析方法及成分分析装置
JP2006322933A (ja) * 2005-05-16 2006-11-30 Atlas Material Testing Technology Llc 耐候性試験装置用の非接触温度センサ
JP2008216001A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Iwasaki Electric Co Ltd 耐候性試験装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5226318A (en) 1991-09-20 1993-07-13 Atlas Electric Devices Co. Weathering tester
US6591701B2 (en) 2000-12-29 2003-07-15 Suga Test Instruments Co., Ltd. Weathering test apparatus having a long-arc type air-cooled vertical metal halide lamp
DE10350020B3 (de) 2003-10-27 2005-05-04 Atlas Material Testing Technology Gmbh UV-Lichtemissionsdioden als Strahlungsquelle in einer Vorrichtung zur künstlichen Bewitterung von Proben
US20070034026A1 (en) 2005-08-10 2007-02-15 Atlas Material Testing Technology, Llc Portable weathering test apparatus
US20100005911A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-14 Atlas Material Testing Technology, Llc Weathering Test Apparatus With Real-Time Color Measurement
US8225682B2 (en) * 2009-10-07 2012-07-24 Atlas Materials Testing Technology, Llc Accelerated weathering test apparatus with calibration-access assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004526A (ja) * 1999-06-22 2001-01-12 Sony Corp 耐光性試験方法及び試験装置
CN1648640A (zh) * 2004-01-15 2005-08-03 松下电器产业株式会社 成分分析方法及成分分析装置
JP2006322933A (ja) * 2005-05-16 2006-11-30 Atlas Material Testing Technology Llc 耐候性試験装置用の非接触温度センサ
JP2008216001A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Iwasaki Electric Co Ltd 耐候性試験装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
木塑复合材料的光降解与光稳定;罗海;《中国塑料》;20110531;第25卷(第5期);第24-29页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104053982A (zh) 2014-09-17
WO2013109050A1 (ko) 2013-07-25
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