CN104089872A - 一种适用于管状试样的老化箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于管状试样的老化箱，包括用于固定管状试样(3)的试样夹具(2)和长条形的老化光源(8)，老化光源(8)的长度方向与该老化箱所能处理的管状试样(3)的轴线平行，试样夹具(2)能够驱动该老化箱所处理的管状试样(3)以管状试样(3)的轴线为轴转动，在试样夹具(2)和老化光源(8)之间设有两个遮光挡板(7)，两个遮光挡板(7)之间形成长条形的夹缝，老化光源(8)发出的射线只能够通过该夹缝照射在该老化箱所处理的管状试样(3)的表面。该老化箱能够针对高分子材料制的压力管道/气瓶进行外表面实验室光源加速老化试验，并能为进一步的试验提供合格的外表面老化程度均匀的管状高分子试样。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料测试技术领域，具体的是一种适用于管状试样的老化箱。
背景技术
近年来，随着高分子材料行业的快速发展与技术的成熟，非金属承压设备采用全高分子、高分子复合材料或者高分子涂层材料以在表面改性、力学承载、工程防腐等方面部分甚至全部取代金属材料情况越来越多，并在我国的民生建设、经济发展等重要领域起到重要作用。但由于承压设备服役环境的特殊性，其许多部件往往都受到自然环境与工业环境等多重老化因素诱导。对特种设备而言，高分子材料老化主要的危害是造成其性能损失，导致材料的不合于使用问题。相关行业中高分子材料许多情况下都是最主要防腐措施或者最薄弱的部位，是容易诱发设备失效的重点环节。与之相对应的是，由于研究工作的开展不足，导致我国的检测单位对其老化与失效的认知缺乏，相关的检测标准的严重滞后，给相关设备的安全运行带来难以预知的风险。
一般来说，造成高分子材料老化原因主要是由于结构或组分内部具有易引起老化的低能键如具有不饱和双键、支链、羰基、末端上的羟基，等等。对于特种设备所用的高分子材料来说，引起老化环境因素多种多样，主要原因多为阳光(紫外)、氧气(或其他气态氧化质，如臭氧、氯气等)、热、水、应力、以及自然环境如海水、盐雾等。其中，以高能射线为主导因素的光氧老化是最重要的老化形式。
对于高分子老化研究工作而言，如何建立高分子材料的加速老化方法和对老化后的高分子材料的性能评价指标是非常重要的。在实际工况下由于高分子材料的老化是一个缓慢的过程，因此需要对其老化进程进行加速以减少试验时间。目前一般的方法是采用紫外灯、氙灯等高能光源进行辐照对光氧老化进行加速、通过盐雾、湿热和周浸等方法等对热氧老化和涂层失效与基体腐蚀进行加速、进而通过力学性能指标、色差、涂层附着力等判定材料的耐老化能力。
然而对于特种设备而言，单一研究材料的性能而不结合设备构形往往不能对设备失效进行有效表征。特别是承压设备，由于其工作特性，其表征往往需要进行水压爆破等性能试验，因此需要对整件设备进行均匀的加速老化来模拟致其老化的实际工况，因此对加速老化的设备要求极为严格。然而，目前市场上(包括国际市场)常用的加速老化箱均只能针对平板构形的片状试样进行处理，对于复杂构形的高分子/高分子复合材料的特种设备无法适用，难以满足相关工程试验的需要，给后续试验以及标准制定带来很大的桎梏。
发明内容
为了解决普通的高分子老化箱不适合制作管状高分子试样的问题。本发明提供了一种适用于管状试样的老化箱，该适用于管状试样的老化箱能够针对高分子材料制的压力管道/气瓶进行外表面实验室光源加速老化试验，并能为进一步的试验提供合格的外表面老化程度均匀的管状高分子试样。
本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种适用于管状试样的老化箱，包括用于固定管状试样的试样夹具和长条形的老化光源，老化光源的长度方向与该老化箱所能处理的管状试样的轴线平行，试样夹具能够驱动该老化箱所处理的管状试样以管状试样的轴线为轴转动，在试样夹具和老化光源之间设有两个遮光挡板，两个遮光挡板之间形成长条形的夹缝，该夹缝的长度方向与老化光源的长度方向平行，老化光源发出的射线只能够通过该夹缝照射在该老化箱所处理的管状试样的表面。
试样夹具能够驱动该老化箱所处理的管状试样向靠近或远离老化光源的方向移动。
试样夹具的下方设有试样滑轨，试样滑轨沿着老化光源与该老化箱所能处理的管状试样轴线的连线方向设置。
试样夹具包括用于固定管状试样的转盘，该转盘的轴线与管状试样的轴线重合，试样夹具还包括能够驱动该转盘以该转盘的轴线为轴转动的电机。
所述适用于管状试样的老化箱还包括光强探头，光强探头位于该老化箱所能处理的管状试样的上方，同时光强探头还位于与该老化箱所能处理的管状试样的外边缘平齐的位置。
光强探头通过探头夹具与探头滑轨连接，光强探头和探头夹具能够沿着探头滑轨往复移动，该探头滑轨沿该老化光源与该老化箱所能处理的管状试样轴线的连线方向设置。
光强探头和老化光源均与光强控制系统连接，该光强控制系统能够根据光强探头接收到的实际辐照强度自动调整老化光源的供电电流实现管状试样接收到的辐照度恒定。
两个遮光挡板位于同一平面内，该平面垂直于管状试样向老化光源靠近或远离的方向。
两个遮光挡板能够相互靠近或远离，遮光挡板在老化光源与该老化箱所能处理的管状试样轴线的连线两侧对称设置。
老化光源发出的射线通过该夹缝后照射在该老化箱所处理的管状试样的弧形表面，该弧形表面所对应的圆心角为10°。
本发明的有益效果是：该适用于管状试样的老化箱能够针对高分子材料制的压力管道/气瓶进行外表面实验室光源加速老化试验，并能为进一步的试验提供合格的外表面老化程度均匀的管状高分子试样。
附图说明
下面结合附图对本发明所述的一种适用于管状试样的老化箱作进一步详细的描述。
图1是该适用于管状试样的老化箱的俯视图。
图2是图1中沿A-A方向的剖视图。
其中1.试样滑轨，2.试样夹具，3.管状试样，4.探头滑轨，5.探头夹具，6.光强探头，7.遮光挡板，8.老化光源，9.光源夹具，10.箱体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述的适用于管状试样的老化箱作进一步详细的说明。一种适用于管状试样的老化箱，该适用于管状试样的老化箱内包括用于固定管状试样3的试样夹具2和长条形的老化光源8，老化光源8的长度方向与该老化箱所能处理的管状试样3的轴线平行，试样夹具2能够驱动该老化箱所处理的管状试样3以管状试样3的轴线为轴转动，在试样夹具2和老化光源8之间设有两个遮光挡板7，两个遮光挡板7之间形成长条形的夹缝，该夹缝的长度方向与老化光源8的长度方向平行，老化光源8发出的射线只能够通过该夹缝照射在该老化箱所处理的管状试样3的表面，如图1和图2所示。另外，老化光源8发出的射线平行于老化光源8与该老化箱所能处理的管状试样3轴线的连线，老化光源8由于遮光挡板7作用，透过该夹缝辐照到试样表面上的仅为和该夹缝等宽的光线。
该适用于管状试样的老化箱的主要设计思路是如图1所示，该老化箱所能处理的管状试样3的圆心和老化光源8连线上的管状试样3表面左右某个角度(θ/2)为受到均匀辐照，因为管状试样3一直转动，则管状试样3的每一点均可受到老化光源8发出的射线的辐照，但受到辐照的时间为试验运行总时间的θ°/360°，θ＝10时，即管状试样3表面受到的辐照总量Er＝计算辐照总量E0×(10°/360°)，E0为老化光源8的辐照总量(按照光强探头6探测出老化光源8的辐照总量)。例如图1所示：近似认为管状试样3的圆心与老化光源8连线上的管状试样3的弧形表面受到老化光源8的照射，该弧形表面对应的圆心角θ为±5°，在该范围内受辐照是均匀的，如果管状试样3在试验内的光强探头6稳定，计算得辐照总量为E0，则管状试样整体受到的辐照总量为Er＝(10°/360°)×E0＝1/36E0。
该适用于管状试样的老化箱能够用于处理塑料管道与塑料气瓶试样，该适用于管状试样的老化箱能够在实验室中通过紫外、氙灯、碳弧灯等标准的高能量加速老化射线光源对非金属管状试样进行符合GB/T14522-2008和GB/T16422.1-2006标准的加速老化试验，即老化光源8为紫外、或氙灯、或碳弧灯，老化光源8通过光源夹具9固定于该适用于管状试样的老化箱的箱体10内。该适用于管状试样的老化箱通过对管状试样3的照射，为进一步的性能测试提供表面均匀的加速老化后试样。
试样夹具2能够驱动该老化箱所处理的管状试样3向靠近或远离老化光源8的方向移动。试样夹具2的下方设有试样滑轨1，试样滑轨1沿着老化光源8与该老化箱所能处理的管状试样3轴线的连线方向设置。
试样夹具2包括用于固定管状试样3的转盘，该转盘的轴线与管状试样3的轴线重合，试样夹具2还包括能够驱动该转盘以该转盘的轴线为轴转动的电机。试样夹具2连接有试样控制系统，通过试样控制系统控制试样夹具2，从而使管状试样3转动和沿靠近或远离老化光源8的方向移动。同时，该试样控制系统通过控制该电机和转盘从而控制管状试样3按一定速率转动，以保证管状试样3的表面受光均匀，管状试样3的转动速度需要控制在一定范围之内，既保证试样表面老化过程的均匀性，又能保证不因转速过快给管状试样表面带来降温效应。具体的，试样夹具2可以包括层叠设置的上转盘和下转盘，下转盘的中心设有凸轴，该凸轴插接于上转盘，电机能够驱动上转盘以该凸轴为轴转动，上转盘能够固定管状试样3，该凸轴的轴线与管状试样3的轴线重合，下转盘设有与试样滑轨1相匹配的滑槽，下转盘可以沿着试样滑轨1移动，从而带动上转盘和管状试样3一起沿试样滑轨1滑动。
所述适用于管状试样的老化箱还包括光强探头6，光强探头6位于该老化箱所能处理的管状试样3的上方，同时光强探头6还位于与该老化箱所能处理的管状试样3的外边缘平齐的位置。光强探头6用于探测管状试样3外表面受到的辐照强度。光强探头6通过探头夹具5与探头滑轨4连接，光强探头6和探头夹具5能够沿着探头滑轨4往复移动，该探头滑轨3沿该老化光源8与该老化箱所能处理的管状试样3轴线的连线方向设置。探头夹具5和探头滑轨6均为现有的装置或结构，不再具体介绍。
光强探头6和老化光源8均与光强控制系统连接，该光强控制系统能够根据光强探头6接收到的实际辐照强度自动调整老化光源8的供电电流实现管状试样3接收到的辐照度恒定。光强控制系统的作用是当管状试样3远离老化光源8时，会造成光源的密度变化。此时以光强探头6接收到实际辐照强度为依据，系统自动调小或调大供电电流以实现辐照度的恒定。例如光强探头6接收到的实际辐照强度大于预设值，则光强控制系统将减小老化光源8的电流，以降低管状试样3接收到的辐照度；如果光强探头6接收到的实际辐照强度小于预设值，则光强控制系统将增大老化光源8的电流，以提高管状试样3接收到的辐照度，从而实现管状试样3接收到的辐照度恒定。
两个遮光挡板7位于同一平面内，该平面垂直于管状试样3向老化光源8靠近或远离的方向。两个遮光挡板7能够相互靠近或远离。设置两个隔光挡板7的目的是通过控制所述夹缝的宽度从而控制老化光源8辐射出的射线的宽度，减小射线的运行以保证管状试样表面接受辐照的地方保持在角度θ之内。需使接受辐照范围内的边缘处的最小光强E1与最大点光强E0的关系满足E1≥90％E0。E1与E0和θ的计算关系如下：
E1＝E0×cosθ/2×δ×r(1-cosθ/2)
式中：δ为光强随距离的衰减率，无单位；r—管状试样3的半径，单位为mm。
由于老化光源8与管状试样3外表面之间的距离d确定，δ仅与老化光源的种类有关，须具体实际测量。公式中θ的选择范围根据不同老化光源的光强衰减程度而定，本发明中推荐θ＝10°，即老化光源8发出的射线通过该夹缝后照射在该老化箱所处理的管状试样3的弧形表面，该弧形表面所对应的圆心角为10°，即±5°，其理由如下：
1、若不考虑落差，仅考虑入射角度导致的光强变化，则θ＝10°时的受辐照区域最小光强E1与最大点光强E0的关系为：E1＝E0×cosθ/2＝0.996E0，受辐照区弧顶与底部的高度落差与管体半径r的关系为：Δr＝r(1-cosθ/2)，按照r＝常规的100mm～400mm计算为0.38mm～1.52mm，其值非常微小，可以忽略δ，因此θ＝10°可以满足GB/T16422.1-2006中规定的最弱光照部分大于最强光照部分90％的规定。
遮光挡板7为对开可移动式，其目的是根据调整管状试样2的半径变化后的光线露出宽度，使得试样表面接收辐照的区域多对应的圆心角的角度保持在θ°范围内。遮光挡板7调整的允许光线露出宽度d与θ和r之间的关系为d＝2r×sinθ/2，要求沿中心线左右对称。
老化光源8与管状试样3之间的距离通过在试样滑轨1上移动管状试样3和试样夹具2进行控制，须使其保持为某一定值d(d需满足：既保证不因距离太远辐射强度过小；又不会因为光源与试样过度接近而影响试样表面辐照强度的均匀性，以及因试样表面的变化影响老化光源的作用，具体距离数据可参考ATALAS、Q-LAB等国际成熟公司的设计)，如d可以为50mm。
所述适用于管状试样的老化箱包括用于实现管状试样3接收到的辐照度恒定的光强控制系统，还包括用于控制管状试样3转动速度的试样控制系统。所述适用于管状试样的老化箱还包括控温、控湿等设备如黑板温度计、加热设备、喷淋设备、冷却设备等均与普通平板试样的老化箱相同，在本专利不再详细介绍。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种适用于管状试样的老化箱，其特征在于，所述适用于管状试样的老化箱包括用于固定管状试样(3)的试样夹具(2)和长条形的老化光源(8)，老化光源(8)的长度方向与该老化箱所能处理的管状试样(3)的轴线平行，试样夹具(2)能够驱动该老化箱所处理的管状试样(3)以管状试样(3)的轴线为轴转动，在试样夹具(2)和老化光源(8)之间设有两个遮光挡板(7)，两个遮光挡板(7)之间形成长条形的夹缝，该夹缝的长度方向与老化光源(8)的长度方向平行，老化光源(8)发出的射线只能够通过该夹缝照射在该老化箱所处理的管状试样(3)的表面。
2.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：试样夹具(2)能够驱动该老化箱所处理的管状试样(3)向靠近或远离老化光源(8)的方向移动。
3.根据权利要求2所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：试样夹具(2)的下方设有试样滑轨(1)，试样滑轨(1)沿着老化光源(8)与该老化箱所能处理的管状试样(3)轴线的连线方向设置。
4.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：试样夹具(2)包括用于固定管状试样(3)的转盘，该转盘的轴线与管状试样(3)的轴线重合，试样夹具(2)还包括能够驱动该转盘以该转盘的轴线为轴转动的电机。
5.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：所述适用于管状试样的老化箱还包括光强探头(6)，光强探头(6)位于该老化箱所能处理的管状试样(3)的上方，同时光强探头(6)还位于与该老化箱所能处理的管状试样(3)的外边缘平齐的位置。
6.根据权利要求5所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：光强探头(6)通过探头夹具(5)与探头滑轨(4)连接，光强探头(6)和探头夹具(5)能够沿着探头滑轨(4)往复移动，该探头滑轨(3)沿该老化光源(8)与该老化箱所能处理的管状试样(3)轴线的连线方向设置。
7.根据权利要求5所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：光强探头(6)和老化光源(8)均与光强控制系统连接，该光强控制系统能够根据光强探头(6)接收到的实际辐照强度自动调整老化光源(8)的供电电流实现管状试样(3)接收到的辐照度恒定。
8.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：两个遮光挡板(7)位于同一平面内，该平面垂直于管状试样(3)向老化光源(8)靠近或远离的方向。
9.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：两个遮光挡板(7)能够相互靠近或远离，遮光挡板(7)在老化光源(8)与该老化箱所能处理的管状试样(3)轴线的连线两侧对称设置。
10.根据权利要求1所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：老化光源(8)发出的射线通过该夹缝后照射在该老化箱所处理的管状试样(3)的弧形表面，该弧形表面所对应的圆心角为10°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Bo Inventor after: Shou Binan Inventor after: Xu Tong Inventor after: Yin Lijun Inventor before: Zhao Bo Inventor before: Shou Binan Inventor before: Xu Tong Inventor before: Yin Lijun |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |