使用熒光紫外線設(shè)備對(duì)非金屬材料進(jìn)行曝露的測(cè)試方法

本測(cè)試方法是使用熒光紫外燈和冷凝裝置進(jìn)行曝露測(cè)試的基本原則和操作程序，旨在再現(xiàn)材料曝露在陽(yáng)光下(直接或透過窗玻璃)和曝露在濕氣中(雨水或露水)發(fā)生的老化效果。 這種做法限制于獲取測(cè)量和控制的條件和曝光程序的方法，不能要測(cè)試的材料的曝光條件。

1. ASTM G154范圍

1.1 本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括紫外熒光試驗(yàn)的基本原理和操作程序。試驗(yàn)利用紫外熒光和水來模擬一種老化效果，即材料在實(shí)際使用中曝露于太陽(yáng)光(直接照射或透過玻璃)和潮氣(雨或露)時(shí)所發(fā)生的老化現(xiàn)象。本標(biāo)準(zhǔn)于曝露條件的實(shí)現(xiàn)、測(cè)量和控制。附件中給出了一些曝露程序，但是，并沒有給出zui適用于被檢測(cè)材料的曝露條件。

注1——G 151 給出了所有使用實(shí)驗(yàn)室光源的曝露設(shè)備需要滿足的性能要求。這一標(biāo)準(zhǔn)代替了G 53，G 53 對(duì)用作紫外熒光曝露設(shè)備的裝置進(jìn)行了非常詳細(xì)的描述。本標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了G 53 中的內(nèi)容。

1.2 樣品曝露于環(huán)境條件得到控制的熒光紫外燈下。本標(biāo)準(zhǔn)中給出了不同類型的紫外熒光光源。

1.3 樣品的制備和結(jié)果的評(píng)價(jià)在具體材料對(duì)應(yīng)的ASTM 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中給出。一般性的導(dǎo)則見標(biāo)準(zhǔn)G 151 和ISO 4892-1。更多的關(guān)于曝露后性能變化的試驗(yàn)方法和報(bào)告的具體信息見ISO 4582。

1.4 數(shù)值以SI 單位制表示。

1.5 安全警告

1.6 本標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上與ISO 4892-3 和ISO DIS 11507 相近。

2. ASTM G154引用文件

3. 術(shù)語(yǔ)

3.1 定義——術(shù)語(yǔ)G 113 中給出的定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 本標(biāo)準(zhǔn)中的定義——本標(biāo)準(zhǔn)中的“太陽(yáng)光”等同于“日光”和“太陽(yáng)輻照”，“”的定義同術(shù)語(yǔ)G 113 中給出的。

4. 方法概述

4.1 在受控的環(huán)境條件下，將樣品曝露于光照和潮濕的重復(fù)循環(huán)作用下。

4.1.1 潮濕通常通過水蒸氣在樣品表面冷凝或向樣品表面噴灑軟化去離子水實(shí)現(xiàn)。

4.2 曝露條件可能會(huì)因以下因素的不同而不同：

4.2.1 紫外燈

4.2.2 紫外燈的輻照水平

4.2.3 提供潮濕的方式

4.2.4 曝露于光照和潮濕的時(shí)間

4.2.5 光照時(shí)的溫度

4.2.6 潮濕時(shí)的溫度

4.2.7 光照/黑暗周期進(jìn)行的周期數(shù)

4.3 同一型號(hào)試驗(yàn)設(shè)備得出的試驗(yàn)結(jié)果不宜進(jìn)行比較，除非針對(duì)被測(cè)材料進(jìn)行了設(shè)備間重現(xiàn)性驗(yàn)證試驗(yàn)。

4.4 不同型號(hào)試驗(yàn)設(shè)備得出的試驗(yàn)結(jié)果不宜進(jìn)行比較，除非針對(duì)被測(cè)材料已經(jīng)確定了不同設(shè)備間的相關(guān)性。

5. 應(yīng)用

5.1 本試驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用意在誘發(fā)材料在zui終使用環(huán)境(包括太陽(yáng)光紫外部分的影響、潮濕和熱)中所產(chǎn)生的性能變化。這種曝露可能包括向樣品表面引入潮濕。這種曝露試驗(yàn)方法不模擬一些地方氣象因素造成的破壞，如大氣污染、生物、鹽水等，但可以模擬太陽(yáng)光穿過玻璃的情況。一般情況下，這些曝露方法都包括以凝露方式出現(xiàn)的潮濕對(duì)材料的影響。

注2——警告：G 151 中給出的警告適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 本標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了試驗(yàn)參數(shù)的一些限定范圍，而不是具體的某一數(shù)值，在這一范圍內(nèi)各參數(shù)值選擇的不同，會(huì)帶來試驗(yàn)結(jié)果的不同。因此使用本標(biāo)準(zhǔn)并不能提供一種可參比的結(jié)果，除非同時(shí)提供了符合第10 部分要求的具體的試驗(yàn)條件。

5.2.1 建議在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，同時(shí)曝露某種我們熟知其性能并能控制其性能的材料，作為一種標(biāo)準(zhǔn)或參比。建議每種材料在每次試驗(yàn)時(shí)至少提供3 件試樣，以利于評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。

6. 儀器

6.1 實(shí)驗(yàn)室光源——光源為熒光紫外燈。很多種類的熒光紫外燈可用于本標(biāo)準(zhǔn)。不同熒光紫外燈光強(qiáng)和光譜的不同會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果的很大不同。在檢測(cè)報(bào)告中應(yīng)詳細(xì)描述所用熒光紫外燈的類型。不同的應(yīng)用決定了該使用何種燈。熒光紫外燈的選用導(dǎo)則見附件X1。

注3——不要將不同類型的燈管混用。在熒光紫外試驗(yàn)箱中混用不同的燈管將會(huì)造成試樣實(shí)際接收光的不均勻，除非試驗(yàn)箱經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)能夠在此種情況下保證試樣受光的均勻性。

注4——很多熒光紫外燈會(huì)隨使用明顯老化。應(yīng)遵循設(shè)備制造商的規(guī)定使用燈管以確保燈管所必須達(dá)到的輻照度。

6.1.1 制造商、燈管的種類、燈管的老化、試樣與燈管之間的間距、試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度和實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)溫度等都會(huì)對(duì)樣品實(shí)際接收的輻照量產(chǎn)生影響。因此，建議使用輻照計(jì)來監(jiān)控輻照能量。

6.1.2 以下幾個(gè)因素會(huì)影響熒光紫外燈管的光譜能量分布;

6.1.2.1 某些燈管所用的玻璃的老化會(huì)造成透光度的改變。玻璃的老化會(huì)大大減少某些類型的燈管所發(fā)出的紫外短波部分的透過率。

6.1.2.2 燈管上沉積的灰塵會(huì)影響輻照量。

6.1.2.3 所使用玻璃的厚度會(huì)很大程度上影響紫外燈短波部分的透過量和

6.1.2.4 磷涂層的均一性和耐久性。

6.1.3 光譜輻照

注5——通過選擇適當(dāng)?shù)墓庾V能量分布，可以得到熒光UVA 燈。通常我們將其定義為UVA-340 和UVA-351。340 和351 這些數(shù)據(jù)表示不同類型燈管的zui大發(fā)射的名義上的特征波長(zhǎng)(nm)。340 和351 對(duì)應(yīng)的實(shí)際上的zui大發(fā)射發(fā)生在343 和350nm 處。

6.1.3.1 UVA-340，模擬太陽(yáng)紫外輻照的光譜輻照——UVA-340 紫外燈管的光譜能量分布應(yīng)滿足表1 的要求。

注6——UVA-340 的主要用途是模擬太陽(yáng)光紫外部分中的中短波長(zhǎng)范圍。

6.1.3.2 UVA-351，模擬太陽(yáng)光紫外部分穿過窗玻璃后的光譜輻照——UVA-351 紫外燈管的光譜能量分布應(yīng)滿足表2 的要求。

注7——UVA-351 的主要用途是模擬經(jīng)過窗玻璃過濾后的太陽(yáng)光紫外部分中的中短波長(zhǎng)范圍。

6.1.3.3 UVB-313 的光譜輻照——UVB-313 的光譜能量分布應(yīng)滿足表2 的要求。

注8——熒光UVB 燈的光譜能量分布的峰值出現(xiàn)在313nm 汞線附近。它們發(fā)射出相當(dāng)多的300nm 以下的輻照，而300nm 為名義上的太陽(yáng)輻照的截至波長(zhǎng)。這將會(huì)引發(fā)一些在戶外不會(huì)發(fā)生的老化現(xiàn)象。不推薦使用這種燈來模擬太陽(yáng)光，見表3。

6.2 試驗(yàn)箱——試驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)會(huì)千變?nèi)f化，但其應(yīng)該由耐腐蝕的材料制作，有光源，并且能夠控制溫度和相對(duì)濕度。如果需要的話，還應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)向樣品表面噴水以形成凝露或者將樣品浸泡在水中。

6.2.1 燈管安裝的位置應(yīng)該能滿足G 151 中的要求，即樣品表面能均勻的接收輻照。

6.2.2 為使所有試樣都均勻地曝露于紫外光和一定溫度中，要進(jìn)行燈管的更換和旋轉(zhuǎn)以及樣品位置的更換。燈管的更換和旋轉(zhuǎn)應(yīng)按照制造商的建議進(jìn)行。

6.3 儀器校準(zhǔn)——為確保曝露相關(guān)儀器的標(biāo)準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，應(yīng)對(duì)相關(guān)儀器，如計(jì)時(shí)器、溫度計(jì)、濕球傳感器、干球傳感器，濕度傳感器、UV 傳感器和輻照計(jì)等進(jìn)行定期校準(zhǔn)，以確定試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。如有可能，校準(zhǔn)應(yīng)該能夠追溯到國(guó)家或標(biāo)準(zhǔn)。校準(zhǔn)方案和程序應(yīng)該依據(jù)儀器制造商的指示。

表1 模擬太陽(yáng)輻照的UVA-340 燈管的相對(duì)光譜能量分布的規(guī)定

A UVA-340 數(shù)據(jù)——所給出的范圍基于對(duì)不同老化所用的燈的光譜能量分布的測(cè)量，和在不同水平的可控輻照下的操作。所給出的范圍基于這一數(shù)據(jù)的3δ限。

B 太陽(yáng)光數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測(cè)得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對(duì)濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在300nm 為0.81，400nm 為0.62。

C 701nm 到800nm 的數(shù)據(jù)沒有列出。

D UVA-340 數(shù)據(jù)——因?yàn)闊晒庾贤鉄舻闹饕l(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關(guān)數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測(cè)量，僅是一種代表。

E 太陽(yáng)光數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號(hào)出版物中的表4，某一表面的地球太陽(yáng)輻照，測(cè)量條件為：空氣質(zhì)量為1.0，臭氧柱為0.34atm cm，1.42cm 可沉淀的水蒸氣，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在500nm 為0.1。

6.4 輻照計(jì)——推薦采用輻照計(jì)來監(jiān)測(cè)和控制樣品所接收的輻照能量。輻照計(jì)的使用應(yīng)滿足G 151 的要求。

6.5 溫度計(jì)——隔熱的或非隔熱的黑板或白板溫度計(jì)均可使用。非隔熱的溫度計(jì)應(yīng)用鋼或鋁制成。溫度計(jì)應(yīng)滿足G 151 中的要求。

6.5.1 溫度計(jì)應(yīng)該安裝在樣品架上，以處在和試樣相同的位置上并接收和試樣一樣多的輻照量。

6.5.2 某些情況下會(huì)要求對(duì)試驗(yàn)箱內(nèi)的氣溫進(jìn)行控制。測(cè)量氣溫的溫度計(jì)的安裝和校準(zhǔn)參照G 151。

注9——一般情況下，此類儀器通常只控制黑板溫度。

6.6 潮濕——試樣可能會(huì)曝露于以下潮濕條件下：噴水、冷凝和高濕度。

6.6.1 噴水——試驗(yàn)箱可以設(shè)計(jì)為在一定條件下間歇性地向試樣表面噴水。噴水應(yīng)該均

勻噴射在樣品表面。噴水的裝置應(yīng)該由耐腐蝕的材料制備以避免污染所用的水。

6.6.1.1 對(duì)水的要求——噴水所使用的水的電導(dǎo)率應(yīng)低于5μS/cm，固含量低于1ppm，不會(huì)在樣品表面留下明顯的痕跡或沉積物。水中含有的即使是很少量的二氧化硅也會(huì)在樣品表面留下明顯的沉積物。應(yīng)注意要保證所用水的二氧化硅含量低于0.1ppm。在蒸餾的基礎(chǔ)上再進(jìn)行消電離和反滲透，就可以得到滿足要求的水。應(yīng)報(bào)告所使用水的pH 值。對(duì)水質(zhì)的具體要求見G 151。

6.6.2 冷凝——試驗(yàn)箱可以設(shè)計(jì)為在試樣表面形成凝露。一般情況下，可通過加熱水來產(chǎn)生水蒸汽或?qū)⑾蛟囼?yàn)箱內(nèi)貫充熱蒸汽以在試樣表面形成凝露。

6.6.3 相對(duì)濕度——試驗(yàn)箱可設(shè)計(jì)為能夠測(cè)量和控制箱內(nèi)的相對(duì)濕度。這些檢測(cè)和控制裝置應(yīng)該避開紫外輻照。

6.7 樣品架——樣品架應(yīng)該由耐腐蝕材料構(gòu)成并不會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。耐腐蝕的鋁合金或不銹鋼是適用的材料，但黃銅、鋼或紫銅不宜采用。

6.8 評(píng)估性能變化所需的儀器——ASTM 或ISO 中關(guān)于性能監(jiān)測(cè)所規(guī)定的儀器均可采用。

UVA-351 燈的光譜能量分布

A UVA-351 數(shù)據(jù)——所給出的范圍基于對(duì)不同老化所用的燈的光譜能量分布的測(cè)量，和在不同水平的可控輻照下的操作。所給出的范圍基于這一數(shù)據(jù)的3δ限。

B 太陽(yáng)光數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測(cè)得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對(duì)濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在300nm 為0.081，400nm 為0.62。這一范圍的確定綜合了透過單強(qiáng)窗玻璃的太陽(yáng)輻照的zui大和zui小值。單強(qiáng)玻璃是ASTM 小組委員會(huì)G03.02 規(guī)定的研究用的玻璃。

C 701nm 到800nm 的數(shù)據(jù)沒有列出。

D UVA-351 數(shù)據(jù)——因?yàn)闊晒庾贤鉄舻闹饕l(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關(guān)數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測(cè)量，僅是一種代表。

E 太陽(yáng)數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號(hào)出版物中的表4，某一表面的地球太陽(yáng)輻照，測(cè)量條件為：空氣質(zhì)量為1.0，臭氧柱為0.34atm cm，1.42cm 可沉淀的水蒸氣，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在500nm 為0.1。這一范圍的確定綜合了透過單強(qiáng)窗玻璃的太陽(yáng)輻照的

zui大和zui小值。單強(qiáng)玻璃是ASTM 小組委員會(huì)G03.02 規(guī)定的研究用的玻璃。

7. 試樣

7.1 參照G 151。

8. ASTM G154試驗(yàn)條件

8.1 可以采用任何試驗(yàn)條件，只要在報(bào)告中。附件X2 中給出了一些常用的試驗(yàn)條件。所給出的這些試驗(yàn)條件并沒有推薦使用或優(yōu)先使用的意思，僅供參考而已。

9. ASTM G154步驟

9.1 標(biāo)記每件試樣，要求記號(hào)不易擦去或退色，不能標(biāo)記在需檢測(cè)的部位。

9.2 確定需要檢測(cè)的項(xiàng)目。試驗(yàn)前，依據(jù)試驗(yàn)雙方所確認(rèn)的ASTM 標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的適當(dāng)性能進(jìn)行檢測(cè)。如果需要(例如，性能檢測(cè)為破壞性的試驗(yàn))，可以利用留品來確定這些性能指標(biāo)，詳見ISO 4582。

9.3 試樣的安裝——安裝上試樣架時(shí)，要求試樣不受任何應(yīng)力。為確保曝露條件的均一性，試樣架應(yīng)該裝滿，如果試樣數(shù)不夠，則用由耐腐蝕材料制作的空白板來填充。

注10——在對(duì)試樣的外觀和顏色變化進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)和保存在暗處的未進(jìn)行曝露試驗(yàn)的留樣進(jìn)行比較來確定變化的程度和等級(jí)。將同一樣品的一部分用不透明物品遮蓋來顯示曝露效果的方法不推薦采用，因?yàn)殡m然遮蓋起來的部分沒有收到紫外光的影響，但其同樣受到試驗(yàn)箱內(nèi)溫度和濕度等很多因素的影響，這會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

9.4 曝露于試驗(yàn)條件下——選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)條件，并保證在規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行。試驗(yàn)期間停機(jī)維護(hù)設(shè)備和中間樣品檢查的次數(shù)應(yīng)該盡量少。

9.5 樣品位置調(diào)整——如果樣品zui邊遠(yuǎn)處所接收的輻照量不少于曝露區(qū)域*所接收輻照量的90%，則沒有必要對(duì)樣品的位置進(jìn)行定期調(diào)整。輻照量均一性的確定參照G 151。

9.5.1 如果曝露區(qū)域邊緣的輻照量為曝露區(qū)域*輻照量的70～90%，則采用以下三種方法來進(jìn)行試樣位置的調(diào)整。

9.5.1.1 在曝露試驗(yàn)過程中定期調(diào)整樣品的位置，以保證每件樣品接收同樣的輻照量。試樣位置的調(diào)整方案應(yīng)該由相關(guān)方協(xié)商決定。

9.5.1.2 只將樣品放置在一定曝露區(qū)域內(nèi)，這一區(qū)域內(nèi)所接收的輻照量為zui大輻照量的90%以上。

UVB313光譜能量分布

A UVB-313 數(shù)據(jù)——某些UVB 紫外燈在254nm 汞線處能夠檢測(cè)到有發(fā)射波。這會(huì)對(duì)某些材料的結(jié)果造成影響。

B UVB-313 數(shù)據(jù)——所給出的范圍基于對(duì)不同老化所用的燈的光譜能量分布的測(cè)量，和在不同水平的可控輻照下的操作。所給出的范圍基于這一數(shù)據(jù)平均值的3δ限。滿足條件的燈管可從不同制造商得到。這些燈管的輻照水平(即總輸出光)可能會(huì)有很大的不同，但具

有同樣的相對(duì)光譜能量分布。

C 太陽(yáng)光數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測(cè)得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對(duì)濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在300nm 為0.081，400nm 為0.62。

D 701nm 到800nm 的數(shù)據(jù)沒有列出。

E UVB-313 數(shù)據(jù)——因?yàn)闊晒庾贤鉄舻闹饕l(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關(guān)數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測(cè)量，僅是一種代表。

F 太陽(yáng)數(shù)據(jù)——太陽(yáng)光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號(hào)出版物中的表4，某一表面的地球太陽(yáng)輻照，測(cè)量條件為：空氣質(zhì)量為1.0，臭氧柱為0.34atm cm，1.42cm 可沉淀的水蒸氣，表征浮塵情況的光學(xué)厚度在500nm 為0.1。

9.5.1.3 在滿足9.5.1 要求的曝露區(qū)域內(nèi)，隨機(jī)地調(diào)整樣品的位置。

9.6 檢查——在進(jìn)行定期檢查時(shí)，注意不要接觸或擾亂試樣表面。檢查后，試樣放回試驗(yàn)箱時(shí)應(yīng)保證其試驗(yàn)表面的朝向應(yīng)該和以前一致。

9.7 設(shè)備維護(hù)——要求對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)以保證其曝露條件的一致性。設(shè)備的維護(hù)和校準(zhǔn)參照制造商的指示。

9.8 曝露試樣一定時(shí)間。詳細(xì)導(dǎo)則見G 151。

9.9 曝露結(jié)束后，參照ASTM標(biāo)準(zhǔn)或其它標(biāo)準(zhǔn)對(duì)適當(dāng)?shù)男阅苓M(jìn)行檢測(cè)，并依據(jù)G 151出具檢測(cè)報(bào)告。

注11——試驗(yàn)周期和結(jié)果的評(píng)判在G 151 中有說明。