CN204008412U - 一种适用于管状试样的老化箱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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(2)的试样夹具(1)和多个长条形的老化光源(6)，试样夹具(1)能够驱动该老化箱所处理的管状试样(2)以管状试样(2)的轴线为轴转动，多个长条形的老化光源(6)分布在试样夹具(1)的周围，每个长条形的老化光源(6)的长度方向均与该老化箱所能处理的管状试样(2)的轴线平行，每个长条形的老化光源(6)到该老化箱所能处理的管状试样(2)的轴线的距离均相同。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。
Description
技术领域
本实用新型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。
实用新型内容
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。本实用新型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。
本实用新型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多个长条形的老化光源，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，多个长条形的老化光源分布在试样夹具的周围，每个长条形的老化光源的长度方向均与该老化箱所能处理的管状试样的轴线平行，每个长条形的老化光源到该老化箱所能处理的管状试样的轴线的距离均相同。
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箱所能处理的管状试样的径向设置。
光强探头和多个长条形的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。
该多个长条形的老化光源以圆形均匀分布在试样夹具的周围。
该多个长条形的老化光源以弧形均匀分布在光源安装区，该光源安装区为扇形柱，该扇形柱的轴线为管状试样的轴线，该扇形柱的圆心角为120°～180°。
老化光源的数量为4个，相邻的两个老化光源与该老化箱所能处理的管状试样轴线的连线之间的夹角为45°。
在该老化箱所能处理的管状试样的轴线方向上，光强探头位于保留的老化光源对应的该老化箱所能处理的管状试样的弧形表面的中心。
老化光源通过光源夹具与光源滑轨连接，老化光源和光源夹具能够沿着光源滑轨往复移动，光源滑轨沿该老化箱所能处理的管状试样的径向设置。
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。
本实用新型的有益效果是：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
下面结合附图对本实用新型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是第一种实施方式中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。
图3是第二种实施方式中老化光源的设置示意图。
图4是第三种实施方式中老化光源的设置示意图。
其中1.试样夹具，2.管状试样，3.探头滑轨，4.探头夹具，5.光强探头，6.老化光源，7.光源夹具，8.光源滑轨。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型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，所述适用于管状试样的老化箱内包括用于固定管状试样2的试样夹具1和多个长条形的老化光源6，试样夹具1能够驱动该老化箱所处理的管状试样2以管状试样2的轴线为轴转动，多个长条形的老化光源6分布在试样夹具1的周围，每个长条形的老化光源6的长度方向均与该老化箱所能处理的管状试样2的轴线平行，每个长条形的老化光源6到该老化箱所能处理的管状试样2的轴线的距离均相同，如图1和图2所示。
该适用于管状试样的老化箱的主要设计思路是多个老化光源6按圆周状放置在试样夹具1的周围，即在竖直方向上多个老化光源6分布在一个圆上，并保证老化光源6组成的圆与受辐照的管状试样2为同心圆。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6为紫外、或氙灯、或碳弧灯，该适用于管状试样的老化箱通过对管状试样2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。
所述适用于管状试样的老化箱内还包括光强探头5，光强探头5位于该老化箱所能处理的管状试样2的上方，同时光强探头5还位于与该老化箱所能处理的管状试样2的外边缘平齐的位置。光强探头5用于探测管状试样2外表面受到的辐照强度。
光强探头5通过探头夹具4与探头滑轨3连接，光强探头5和探头夹具4能够沿着探头滑轨3往复移动，该探头滑轨3沿该老化箱所能处理的管状试样2的径向设置。管状试样2的半径变化时，光强探头5可以沿管状试样2径向的移动，移动的距离可以通过滑动探头夹具4来实现。具体的，光强探头5与探头夹具4固定连接，探头夹具4能够沿着探头滑轨3往复移动，探头夹具4和探头滑轨3均为现有的装置或结构，不再具体介绍。
如图1和图2所示，所述适用于管状试样的老化箱还包括光强控制系统，光强探头5和多个长条形的老化光源6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5接收到的实际辐照强度自动调整老化光源6的供电电流实现管状试样2接收到的辐照度恒定。光强控制系统的作用是当管状试样2直径变化而要保持光源距试样表面的距离不变，需要沿滑轨移动光源，这时会造成光源的密度变化。此时以光强探头5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5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6的电流，以降低管状试样2接收到的辐照度；如果光强探头5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6的电流，以提高管状试样2接收到的辐照度，从而实现管状试样2接收到的辐照度恒定。
老化光源6以标准方式设置时，老化光源6的数量需满足GB/T16422.1-2006的要求，即任意位置光强不得小于最强点的90％。其安置数量可参照ATLAS、Q-LAB等公司的成熟常规平板试样老化试验设备计算，按照可能进行试验的最大直径的管状试样要求的数量进行均匀排布。如多个长条形的老化光源6以圆形均匀分布在试样夹具1的周围。
具体是，该标准方式设置为多个长条形的老化光源6均匀分布在试样夹具1的周围，老化光源6的数量为标准值，该标准值为A；A的计算公式为：
A＝x1×D，x1＝2πr×x0；
A的数值为四舍五入保留整数，A的单位为个；x1为老化光源6的密度，x1的数值为四舍五入保留整数，x1单位为个/mm；参照目前的成熟产品，在老化光源直径为37mm的情况下，X1的值可取为0.0143；D为该老化箱所能处理的管状试样2的直径，D的单位为mm；r为该老化箱所能处理的管状试样2的半径(按可能进行试验的最大的管状试样2的半径值计算)，r的单位为mm；x0为用常规平板试样老化设备处理管状试样2时该常规平板试样老化设备中的老化光源密度，x0的数值为四舍五入保留整数，x0单位为个/mm。
为了便于进出管状试样2，可将老化光源6数量在老化光源6以标准方式设置的基础上适当减少。即老化光源6以精简方式设置，该精简方式设置为仅保留沿顺时针或逆时针方向连续的二分之一至三分之一数量的以该标准方式设置的老化光源6，该精简方式设置的老化光源6的数量为四舍五入保留整数。如多个长条形的老化光源6以弧形均匀分布光源安装区，该光源安装区为扇形柱，该扇形柱的轴线(相当于扇形的圆心)为管状试样2的轴线，该扇形柱的圆心角为120°～180°。为了便于清楚的说明该老化光源6以精简方式设置，下面举例说明：
1、老化光源6以标准方式设置时，老化光源6的数量为8个，8个老化光源6在试样夹具1均匀分布，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为45°(360÷8)。老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为4个(8÷2)或3个(8÷3后四舍五入保留整数)，当为4个时，该4个老化光源6为仅保留沿顺时针或逆时针方向连续的4个以该标准方式设置的老化光源6，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为45°。即老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为4个，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为45°。
2、老化光源6以标准方式设置时，老化光源6的数量为9个，9个老化光源6在试样夹具1均匀分布，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为40°(360÷9)。老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为5个(9÷2后四舍五入保留整数)至3个(9÷3)，如3个、4个或5个，当为5个时，该5个老化光源6为仅保留沿顺时针或逆时针方向连续的5个以该标准方式设置的老化光源6，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为40°。即老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为5个，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为40°。
3、老化光源6以标准方式设置时，老化光源6的数量为10个，10个老化光源6在试样夹具1均匀分布，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为36°(360÷10)，如图3所示。老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为5个(10÷2)至3个(10÷3后四舍五入保留整数)，如3个、4个或5个，当为5个时，该5个老化光源6为仅保留沿顺时针或逆时针方向连续的5个以该标准方式设置的老化光源6，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为36°。即老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为5个，相邻的两个老化光源6与该老化箱所能处理的管状试样2轴线的连线之间的夹角为36°。
一般情况下，在标准模式下，即老化光源6以标准方式设置，老化光源6的数量可以为14个至20个。
但老化光源6以精简方式设置时，管状试样2的整体实际辐照量按比例下降，须在计算中体现。例如图1中所示，老化光源6的数量减少至标准数量的1/2至1/3，如果老化光源6的数量减少至标准数量的1/2，若此时测光探头5探测出辐照强度为1.6W/m2，辐照总时间为8h，此时的辐照总量为E0，E0的计算结果如下：
E0＝(1.6W/m2×8h×3600s/h)/2＝2.304×104J/m2
即按照光强探头5的实测值计算后除以2(精简方式设置时，精简至标准数量的1/2则实测值计算后除以2，如果精简至标准数量的1/3则实测值计算后除以3，即精简至标准数量的几分之几则实测值计算后除以该分数的倒数)。这里面需要注意两点：
其一是即使是辐照总量相同，若调整过辐照强度与运行时间后(降低辐照强度增大运行时间使之乘积相同，反之亦然)得到的试样老化程度不一定相同，因此进行比较性试验最好确定某一固定的老化光源减少比例。
其二是从原理上光源数量的减少的比例与管状试样所接受的辐照总量减少的比例相同，但由于箱体中的漫反射现象，以及试验运行时间不同带来其他老化因素作用的影响，其比例具有一定的差异，因此建议最好将老化光源减少至1/2，这样也在最经济且安装试样最为便利的情况下，最接近平板状试样的老化设备测光探头的工作状态(一般采用光栅测光探头，无法识别入射角70°以上的光线)。
当老化光源6以精简方式设置时，光强探头5应放置于光强最大处，即在该老化箱所能处理的管状试样2的轴线方向上，光强探头5位于保留的老化光源6对应的该老化箱所能处理的管状试样2的弧形表面的中心。如老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为4个时，光强探头5放在4个老化光源6中的第2个老化光源6(顺时针或逆时针方向)和第3个老化光源6中间，如图1所示。或者如老化光源6以精简方式设置时，老化光源6的数量为5个时，光强探头5放在与5个老化光源6中的第3个老化光源6(顺时针或逆时针方向)相对应处，如图4所示。
老化光源6通过光源夹具7与光源滑轨8连接，老化光源6和光源夹具7能够沿着光源滑轨8往复移动，光源滑轨8沿该老化箱所能处理的管状试样2的径向设置。管状试样2的半径变化时，老化光源6可以沿管状试样2径向的移动，移动的距离可以通过滑动光源夹具7来实现。具体的，老化光源6与光源夹具7固定连接，光源夹具7能够沿着光源滑轨8往复移动，光源夹具7和光源滑轨8均为现有的装置或结构，不再具体介绍。
老化光源6与管状试样2之间的距离通过光源滑轨8移动老化光源6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)。
试样夹具1包括用于固定管状试样2的转盘，该转盘的轴线与管状试样2的轴线重合，试样夹具1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1与试样控制系统连接，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2按一定速率转动，以保证管状试样2的表面受光均匀，管状试样2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。
所述适用于管状试样的老化箱包括用于实现管状试样2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2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，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型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，本实用新型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(2)的试样夹具(1)和多个长条形的老化光源(6)，试样夹具(1)能够驱动该老化箱所处理的管状试样(2)以管状试样(2)的轴线为轴转动，多个长条形的老化光源(6)分布在试样夹具(1)的周围，每个长条形的老化光源(6)的长度方向均与该老化箱所能处理的管状试样(2)的轴线平行，每个长条形的老化光源(6)到该老化箱所能处理的管状试样(2)的轴线的距离均相同。
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：所述适用于管状试样的老化箱还包括光强探头(5)，光强探头(5)位于该老化箱所能处理的管状试样(2)的上方，同时光强探头(5)还位于与该老化箱所能处理的管状试样(2)的外边缘平齐的位置。
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：光强探头(5)通过探头夹具(4)与探头滑轨(3)连接，光强探头(5)和探头夹具(4)能够沿着探头滑轨(3)往复移动，该探头滑轨(3)沿该老化箱所能处理的管状试样(2)的径向设置。
4.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：光强探头(5)和多个长条形的老化光源(6)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(5)接收到的实际辐照强度自动调整老化光源(6)的供电电流实现管状试样(2)接收到的辐照度恒定。
5.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：该多个长条形的老化光源(6)以圆形均匀分布在试样夹具(1)的周围。
6.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：该多个长条形的老化光源(6)以弧形均匀分布在光源安装区，该光源安装区为扇形柱，该扇形柱的轴线为管状试样(2)的轴线，该扇形柱的圆心角为120°～180°。
7.根据权利要求6所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：老化光源(6)的数量为4个，相邻的两个老化光源(6)与该老化箱所能处理的管状试样(2)轴线的连线之间的夹角为45°。
8.根据权利要求6所述的适用于管状试样的老化箱，其特征在于：在该老化箱所能处理的管状试样(2)的轴线方向上，光强探头(5)位于保留的老化光源(6)对应的该老化箱所能处理的管状试样(2)的弧形表面的中心。
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：老化光源(6)通过光源夹具(7)与光源滑轨(8)连接，老化光源(6)和光源夹具(7)能够沿着光源滑轨(8)往复移动，光源滑轨(8)沿该老化箱所能处理的管状试样(2)的径向设置。
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：试样夹具(1)包括用于固定管状试样(2)的转盘，该转盘的轴线与管状试样(2)的轴线重合，试样夹具(1)还包括能够驱动该转盘以该转盘的轴线为轴转动的电机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C53 | Correction of patent for 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 |
|
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20141210 Effective date of abandoning: 20160824 |
|
| C25 | Abandonment of patent right or utility model to avoid double patenting |