QUV 利用熒光紫外線燈來模擬太陽光對耐久性材料造成的損害

QUV 利用熒光紫外線燈來模擬太陽光對耐久性材料造成的損害 。 紫外燈在電學(xué)原理上與普通照明用的燈管很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見光 。 對于不同的應(yīng)用條件，需要不同類型的燈管產(chǎn)生不同的光譜 。 UVA-340 燈管對太陽光的紫外短波段光線模擬效果好 。 UVA-340 的光譜能量分布（ SPD ）在太陽光的截止點到大約 360 nm 范圍內(nèi)與太陽光譜能夠很好地吻合（見圖 2 ） 。

圖 2 UVA 一 340 光譜與夏天正午太陽光譜比較

圖 3 UVB 一 313 及 Fs 一 40 光譜與太陽光譜比較

UVB-313 燈管（見圖 3 ）在 QUV 中也被廣泛應(yīng)用 。 它們對材料產(chǎn)生的老化影響比 UVA-340 燈管更快，但它比太陽光截止點更短的波長可能會對許多材料產(chǎn)生不切實際的結(jié)果 。 UVA-340 燈管對太陽光紫外短波段的模擬效果是*的 。 UVB-313 燈管利用紫外線的短波段達(dá)到zui快加速老化的目的，對特別經(jīng)久耐用的材料的檢定或質(zhì)量控制非常有用 。 加熱 QUV 測試室底部的水盤來產(chǎn)生蒸汽 。 在較高的溫度下，熱蒸汽在測試室內(nèi)保持 100 ％ 的相對濕度 。 QUV 中，測試樣品實際上形成測試室的側(cè)壁 。 樣品的另一面暴露在室內(nèi)周圍的空氣中 。 室內(nèi)相對較冷的空氣就使得測試樣品的表面比測試室內(nèi)的熱蒸汽的溫度低好幾度 。 這一溫度差產(chǎn)生冷凝，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結(jié) 。 除了標(biāo)準(zhǔn)的冷凝功能， QUV 還可用水噴淋來模擬雨水影響，產(chǎn)生熱沖擊或機(jī)械侵蝕 。

4 3 種加速測試試驗條件

利用 QUV 和 Q-Sun 2 種測試設(shè)備對一系列粉末噴涂鋁板進(jìn)行了測試 。 具體地進(jìn)行了 3 種實驗室加速老化測試，分別是 QUV （ UVA 燈管） 、 QUV （ UVB 燈管）和 Q-Sun ， 3 種測試的具體標(biāo)準(zhǔn)和程序見表 1 ~ 3 。

表 1 QUV （ UVA 燈管）測試程序

表 2 QUV （ UVB 燈管）測試程序

表 3 Q-Sun 測試程序

按照以上的試驗條件，分別對樣板進(jìn)行曝曬，并在不同時間段將樣品取出，測試它們的光澤變化，同時與在佛羅里達(dá)戶外自然曝曬的結(jié)果進(jìn)行比較 。

5 3 種加速測試方法與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的比較

利用 QUV （ UVA 燈管） 、 QUV （ UVB 燈管） 、 Q-Sun ，并在佛羅里達(dá)測試了一系列粉末噴涂鋁板樣品的光澤 、 顏色變化及起泡 、 粉化 、 開裂 、 裂紋等指標(biāo)，本文主要討論樣品的光澤變化 。 根據(jù)所得測試結(jié)果的數(shù)據(jù)，分別計算了加速測試方法與佛羅里達(dá)測試方法之間的相關(guān)系數(shù) r s （ spearman 相關(guān)系數(shù)），該相關(guān)系數(shù)指的是利用 2 種不同的測試方法對一組樣品進(jìn)行測試，所得試驗結(jié)果之間的相關(guān)性 。 相關(guān)系數(shù) r s 的計算公式為：

，其中 n 指的是樣品的個數(shù)， d i 指的是兩列排序中每一組排位數(shù)之間的差值 。

為了得到加速老化測試與佛羅里達(dá)戶外曝曬試驗結(jié)果之間的關(guān)系，也就是通常大家比較關(guān)心的一個問題 ——— 對于材料的某種變化，如果加速測試與戶外結(jié)果的相關(guān)性足夠好，那么在 QUV 或 Q-Sun 中測試多長時間相當(dāng)于在佛羅里達(dá)戶外曝曬 1 a 的效果，還做了相關(guān)數(shù)學(xué)計算 。 假設(shè)在 3 種加速測試方法中測試 t 小時zui接近在佛羅里達(dá)戶外曝曬 1 a 的效果，通過求二次函數(shù)zui小值的方法得到 t 值，也就是所要求的對應(yīng)加速測試時間 。

需要特別指出的是，文中利用求二次函數(shù)的zui小值來求*時間的方法只是尋求在加速試驗中測試多長時間zui接近在佛羅里達(dá)戶外曝曬的效果，而并不能保證所有樣品都達(dá)到在佛羅里達(dá)曝曬的程度 。 為了確保所有樣品都達(dá)到或超過在佛羅里達(dá)測試的結(jié)果，建議對*時間作一修正，即在所得時間的基礎(chǔ)上再乘以一個系數(shù)，這個系數(shù)可以是 1.1 ，可以是 1.5 ，也可以是其它的數(shù)值，視具體情況具體分析 。

5.1 QUV （ UVA 燈管）與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的比較

對每個樣品， QUV （ UVA 燈管）按表 1 試驗條件運行 1 000 h ，在不同時間段對光澤進(jìn)行一次測量，而在佛羅里達(dá)是對樣品曝曬了 1 a ，也是在不同時間段對光澤進(jìn)行一次測量 。 無論是在佛羅里達(dá)戶外曝曬，還是利用 QUV （ UVA 燈管）進(jìn)行實驗室加速老化測試，樣品的光澤均發(fā)生退化 。 通過數(shù)據(jù)分析及數(shù)學(xué)計算，得出 QUV （ UVA 燈管）與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù) 。 同時，求出二次函數(shù)取得zui小值時所對應(yīng)的 t 值 。 當(dāng) t 為 400 h 時二次函數(shù)取得zui小值，而且此時的相關(guān)系數(shù)為 0.9 。 這就說明在 QUV （ UVA 燈管）中測試 400 h 樣品的光澤變化zui接近在佛羅里達(dá)戶外曝曬 1 a 的效果（為了直觀比較樣品在兩種測試條件下性能的變化，圖 4 中顯示的是其中 3 個樣品在 QUV （ UVA 燈管）和佛羅里達(dá)試驗中的光澤變化 。

圖 4 QUV(UVA 燈管 )400h 與佛羅里達(dá)曝曬 1 a 樣品保光率之間的比較

從圖 4 可以看出，無論是使用 QUV （ UVA 燈管）對樣板進(jìn)行測試還是佛羅里達(dá)戶外曝曬，樣板的光澤均發(fā)生退化 。 其中 A 樣板光澤保持的較好， B 樣板的光澤下降zui低 。 而且還可以看出， QUV （ UVA 燈管）測試與佛羅里達(dá)戶外曝曬之間的相關(guān)性較好 。

5.2 QUV （ UVB 燈管）與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的比較

對每個樣品 QUV （ UVB 燈管）按表 2 試驗條件運行 400 h ，在不同時間段對光澤進(jìn)行一次測量 。

通過數(shù)據(jù)分析及數(shù)學(xué)計算，得出 QUV （ UVB 燈管）與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù) 。 同時，求出二次函數(shù)取得zui小值時所對應(yīng)的 t 值 。 當(dāng) t 為 350 h 時二次函數(shù)取得zui小值，而且此時的相關(guān)系數(shù)為 0.9 。 這就說明在 QUV （ UVB 燈管）中測試 350 h 樣品的光澤變化 __ zui接近在佛羅里達(dá)戶外曝曬 1 a 的效果（見圖 5 ） 。

圖 5 QUV(UVB 燈管 )350h 與佛羅里達(dá)曝曬 1 a 樣品保光率之間的比較

從圖 5 可以看出，無論是使用 QUV （ UVB 燈管）對樣板進(jìn)行測試還是佛羅里達(dá)戶外曝曬，樣板的光澤均發(fā)生退化 。 與圖 4 中得出的結(jié)論相同， A 樣板光澤保持的較好， B 樣板的光澤下降zui低 。 而且 QUV （ UVB 燈管）測試與佛羅里達(dá)戶外曝曬之間的相關(guān)性也很好 。

5.3 Q-Sun 與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的比較

對每個樣品 Q-Sun 按表 3 試驗條件運行 800 h ，在不同時間段對光澤進(jìn)行一次測量 。

通過數(shù)據(jù)分析及數(shù)學(xué)計算，得出 Q-Sun 與佛羅里達(dá)測試結(jié)果之間的相關(guān)系數(shù) 。 同時，求出二次函數(shù)取得zui小值時所對應(yīng)的 t 值 。 當(dāng) t 為 600 h 時二次函數(shù)取得zui小值，而且此時的相關(guān)系數(shù)為 0.9 。 這就說明在 QSun 中測試 600 h 樣品的光澤變化zui接近在佛羅里達(dá)戶外曝曬 1 a 的效果（見圖 6 ） 。