PDF《TECHNICAL BULLETIN LU-8030》

照能,单位是 J/m2 .

340nm?处的焦耳数:在本文中指,在? 340nm?处的紫外 光的辐照能,单位是? J/m2 兰利(Langley): 是一个旧单位,测量太阳光总的焦耳 数,包括可见光、紫外线和红外线.1 兰利 = 41,840 J/m2 . 背景-焦耳数给人的错觉是很精确 天气多变,众所周知.历史上,对材料的户外耐 候性测试感兴趣的科学家,遇到的问题是,他们的测 试结果之间存在很大差异.相同的样品在户外暴露相 同的时间,性能降解往往显示很大的差异.产生这种 结果的原因是:天气如此善变,暴露相同的时间并不 能精确表示测试样品受到相同的破坏作用.因为认为 光照是引起材料耐候老化的主要因素,所以之前对于 因季节变化、地理位置不同、不同年份气候差异等引 起的测试结果之间的差异,采用测量光照继而用累积 焦耳数来计时.这种测量方法被认为比测量时间更精 确.不幸的是,光照不是影响材料发生老化的唯一因 素. 用焦耳数定义测试时间的早期阶段,是测量总 的焦耳数,包括可见光和红外线(用兰利表示).实 验者改用多少兰利而不是多少个月来记录测试样品的 暴露时间.太阳光中的能量主要是可见光和红外线, 紫外线仅占总能量的5%.然而,户外材料的耐候老化 主要是紫外光引起的. 早期的研究发现,样品暴露相同焦耳或兰利的 能量,引起的老化却存在差异,最大可达6比1.因此,用兰利计时的方法引起人们很大的怀疑? [1][2]. 不幸的是,户外测试结果之间存在差异这一问题依 然存在. 现在认为采用紫外焦耳数来定义时间是适当 参考: Grossman, D.M., 使用焦耳数确定实验室加 速和户外暴露测试时间引起的错误 ,有机材料的 加速和户外耐候性测试,ASTM STP 1202, Warren D. Ketola 和Douglas Grossman, Eds., 美国试验和 材料协会,费城,1993. 摘要: 实验室或户外老化测试,一般用紫外焦耳数来 定义暴露时间,而不是小时数或天数.这么做的前提 是紫外焦耳数对测试样品的老化能够给出相对可靠的 依据.然而,用焦耳数定义时间可能引起非常大的误 解.焦耳数没有反映由湿度、温度或光源的光谱等因 素引起的材料的不同的老化.分析这些参数的特征及 其控制往往比测量辐照量更重要.在这些试验中,控 制其它条件不变,改变温度、湿度或光谱进行测试, 暴露相同焦耳数的重复样,在失光和黄化性能方面显 示超过? 500%? 的差异.在几种不同的聚合物中发现这 种结果.结论是,在进行紫外暴露测试时,也许有必 要测量焦耳数,但是并不意味着把它作为对测试条件 的唯一描述. 关键词: 紫外线辐射,辐照能,焦耳,老化,耐候 性,光降解 术语: 辐照度:光能照射到一个表面上的强度,单位是 W/m2 . 光谱辐照度:辐照度相对波长的分布. 光谱功率分布(?SPD?): 参考光谱辐照度. 辐照能:在一定时间内照射到一个表面上的累积的光 能.是辐照度和时间的乘积,单位是 J/m2 . 焦耳:能量单位,相当于1W x 1s. 在本文中为了简 化,我们也用焦耳来表示辐照能. 总紫外线辐射(或? TUV?):波长小于? 385nm?的光照的辐 TECHNICAL BULLETIN LU-8030 用焦耳数定义实验室加速 和户外暴露测试时间 所引起的错误 的.事实上,使用总紫外焦耳数? (TUV)?比使用兰利 更合理,TUV?对纺织品或其它一些相对不太耐久的 材料的户外对比测试比较有用. 关于这一概念,有一个诱人的想法,简单来 说,如果暴露测试能用一个魔幻数字(焦耳数)来 表示,那么,在不同时间和地点的暴露测试结果可 以很容易进行比较.而且,户外暴露还可以与实验 室加速测试进行比较.不同类型的实验室光源之间 也可以相互比较.考虑到控制实验室加速试验设备 的紫外辐照度可以提高试验的再现性,那么想当然 地进一步认为紫外焦耳数是表达测试强度的唯一参 数. 不幸的是,数据表明,用紫外焦耳数来定义测试时 间不能充分描述一个暴露测试中引起材料发生老化的 所有破坏因素.暴露相同累积焦耳数的相同样品,在 老化方面往往显示很大的差异.这是因为用焦耳数来 定义测试时间没有考虑到以下其它因素的不同对老化 造成的影响: 1. 光谱辐照度的差异 2. 暴露温度的差异 3. 暴露湿度的差异 将会证明当暴露相同的焦耳数时,以上这些因 素会使测试样品显示超过5比1(500%)的老化性能差 异.不管是测量总紫外焦耳数还是某一波长的紫外焦 耳数(如? 340nm?处的),前面的情况都是存在的.根 据测试样品不同,以上三个因素中的任一个实际上都 可能比紫外焦耳数要重要. 如果研究者根据累积焦耳数来比较测试结果将 引起非常大的错误.尽管一开始,焦耳数被作为所 谓的科学观点而受推崇,但经过对暴露测试的进一 步了解,用焦耳数来定义暴露时间是危险的、不成 熟的.焦耳数不是表达测试样品老化作用的一个可 靠的参数. 关于波长的焦耳数错误 太阳光与波长对应的光谱持续发生变化. 不仅是紫外辐照量,太阳光的光谱功率分布曲 线的形状也在随着每天时间、年份、云层遮挡、空气污染及纬度的变化而改变.例如,图 1显 示太阳入射角的季节性变化引起波长漂移[3]. 可见,冬天的光谱功率分布缺少了最短的也是破坏性最强的那段波长小于 310nm的. ?!??? (nm) ??????? (W/m