电力检测中心:光老化-盐雾复合试验新方法研究

发布时间:2020-03-31 08:15:42 编辑:兴山县念薇环境检测认证所
光老化-盐雾复合试验新方法研究

内容提要

有机材料主要经受光老化、盐雾、温湿度变化等环境影响,本文设计了一种光老化-盐雾复合试验方法,该方法将光老化和盐雾环境综合/组合在一起,体现了自然界中太阳光的光照和暗周期交替、盐雾的干湿交替、温度变化和湿度变化,更接近自然环境的真实情况。

本文对八种有机涂层样品,分别进行了光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验、GB/T 16422.2试验和西沙永兴岛自然大气暴露试验,定量分析比较了这些方法的相关性与加速性,试验结果表明本文设计的光老化-盐雾复合试验优于GB/T 16422.2试验和GIB 150.7A试验,更适用于南海热带海洋环境。

1、引言

实验室人工加速试验项目繁多,几乎可以模拟材料可能经受的任何一种环境,具有可重复再现、可控制,特别是快速获得试验结果的优点。但是实验室环境试验以单因素为主,综合因素较少。

影响材料老化的环境因素有很多,主要有光老化、氧气、温度、湿度、盐雾、霉菌等,实验室单因素模拟的环境试验,对材料的影响结果与实际真实结果还存在一定程度的偏离,试验结果的相关性不够理想[1]。

自然环境试验获得的结果具有较高的真实性,因此世界上很多国家都在开展自然环境试验,在材料试验中得到普遍应用。但自然环境试验具有明显的缺点,一般需要较长时间才能获得试验结果,加速性较差。国际上都在致力于研究新的试验方法,以求既能更快速地获得结果,同时又能确保结果与实际的一致性。本文研究的光老化-盐雾复合试验新方法,正是基于这种目的。

2、光老化-盐雾复合试验设计

2.1 光老化光源的选择

目前人工光源有很多种,图1是最常用的氙弧灯和紫外灯与自然太阳光的光谱比较。从输出光谱与自然太阳光的匹配性、光源的稳定性以及寿命来看,氙弧灯无疑是目前相对最适宜的人工光源,因此本文选择氙弧灯作为复合试验方法的光源[2]。

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图1 氙弧灯与自然太阳光紫外、可见、红外光谱比较

2.2 盐雾的选择

盐雾试验主要分为中性盐雾试验和酸性盐雾试验,在自然界中中性盐雾环境更常见,因此本文选择中性盐雾环境作为复合试验方法的研究对象。

2.3 盐环境因素综合/组合方式

有机材料主要经受光老化、盐雾、温湿度变化等影响,其中起主要作用的是光老化、温度和湿度。本文将光老化和盐雾环境组合在一起,在光老化阶段,既有太阳光照射,同时又施加了高温;在盐雾阶段,不仅存在盐雾的作用,同时还包含了湿热、凝露、温度变化的影响。这种综合/组合方式将自然界中太阳光照射的干湿[3]和暗周期交替[4],盐雾的干湿交替[5]、温湿度变化综合/组合在一起,更接近自然环境的真实情况。

2.4光老化-盐雾复合试验剖面

根据国内外的有关文献资料和本文作者前期的试验和技术成果积累,本文设计了光老化-盐雾复合试验剖面(1个循环为24 h),见图2。

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图2 光老化-盐雾复合加速试验剖面(1个循环为24h)

3、复合试验新方法与标准方法的试验对比分析

为了验证本文设计的光老化-盐雾复合试验方法的效果,在西沙永兴岛开展了1年的户外自然大气暴露试验,并选择有代表性的标准方法GJB 150.7A试验[6]、GB/T 16422.2试验[7]和本文设计的光老化-盐雾复合试验方法分别进行了60 d试验,比较这些试验方法与户外自然大气暴露试验的相关性与加速性。

3.1 试验样品

本文选择了户外常用的8种有机涂层样品:样品1#:LF21-Y2 H.DY/T.A04-81 中灰,样品2#:LF5-Y2 H.DY/T.B96 军绿,样品3#:LF21-Y2 H.DY/T.T90黑色,样品4#:ST12-氟涂料B,样品5#:ST12 DZ7.DC/T.B9625 军绿,样品6#:10#-DZN7.DC/T.T90黑色,样品7#:环氧玻纤板-T.B9625 军绿,样品8#:10#- DZn7.DC/T.A04-81中灰。

3.2 试验结果

西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的结果分别见下表1、表2、表3和表4。

3.2.1 相关性分析

西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的光泽度保留率变化趋势分别见下图3。

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图3:西沙户外自然大气暴露试验-光泽度保留率变化(左上);光老化-盐雾复合试验-光泽度保留率变化(右上);GJB150.7A试验-光泽度保留率变化(左下);GB/T 16422.2试验-光泽度保留率变化(右下)

直观比较西沙户外自然大气暴露试验、光老化-盐雾复合试验、GJB 150.7A试验和GB/T 16422.2试验的光泽度保留率变化曲线,其变化趋势都趋于一致,即相关性都比较高。

本文再采用Spearman秩相关系数R进行相关性定量分析。Spearman的秩相关系数R属于非参数线性相关分析,R的计算公式如下:

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n:为样品数量;di:秩差平方。R越接近1,说明其相关性越高。

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3.2.2 加速性分析

本文采用加速转换因子ASF进行加速性的定量分析,ASF越大,加速性就越高。

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4、结论

综合分析上述试验结果,可以得到以下结论:

1.光老化-盐雾复合试验方法、GJB150.7A和GB/T16422.2与西沙户外自然大气暴露试验的相关系数R都大于0.9,均具有较高的相关性。

2.按相关系数R大小排序,光老化-盐雾复合试验的相关系数R最大,GB/T16422.2次之,为0.939,GJB150.7A最小。

3.从相关性的角度来看,光老化-盐雾复合试验方法优于GB/T16422.2和GJB150.7A。

4.光老化-盐雾复合试验方法、GJB150.7A和GB/T16422.2的ASF都大于5,说明三种方法的加速性都比较大。

5.按加速转换因子ASF大小排序,光老化-盐雾复合试验方法最大, GB/T 16422.2次之,为5.84,GJB 150.7A最小。

6.在同一种试验方法中,不同材料呈现不同的加速性。

7.本文设计的光老化-盐雾复合试验方法,体现了自然光的光照和暗周期交替、盐雾的干湿交替、温度变化、湿度变化等组合和综合效应,综合相关性与加速性结果,本文设计的光老化-盐雾复合试验优于GB/T 16422.2和GB 150.7A,比目前传统的试验标准更适用于南海热带海洋环境。

参考文献

[1]王忠,陈晖,张铮.环境试验[M].北京:电子工业出版社,2015.

[2]王忠.太阳辐射试验技术[J].电子产品可靠性与环境试验,2005.

[3]GB/T 1865-1997 色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露(滤过的氙弧辐射)[S].

[4]ISO 4892-2 Plastics-Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps[S].

[5]GJB 150.11A-2009 军用装备实验室环境试验方法 盐雾试验[S].

[6]GJB 150.7A-2009 军用装备实验室环境试验方法 太阳辐射试验[S].

[7]GB/T 16422.2-1999 塑料实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙弧灯[S].

作者:王忠,男,正高级工程师,就职于工业和信息化部电子第五研究所,主要从事工业产品可靠性与环境适应性整体解决方案研究工作;

张铮(通讯作者):女,高级工程师,工信部电子五所装备整机部副主任,广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室主任,主要从事电子信息产品质量可靠性整体解决方案研究工作。

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