环境试验设备简介

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1、环境试验设备简介环境试验设备简介地球为人类提供了生存的空间，但恶劣的自然环境同时也对人类提出了挑战。数万年前人类来到地 球上，不断地与自然进行抗争，终于逐渐地适应了所生存的这个环境，并不断地繁衍生息，从而创造了光 辉灿烂的文明。人类不断地进化，并创造出各种各样的先进工具来适应着周围的环境。同时人们使用的各种先进工 具也正经受着自然环境的考验。地球上的春夏秋冬四季的循环更替，不断地交替带给人们高温，低温，湿 气，降雨，风暴，灰尘，强烈光照，洪水等等恶劣的自然条件。于是，人们创造的工具不断地更新换代， 不断有新的产品出现，人们期望能制造出最适应各种环境的工具来帮助人类适应并最终改造这个所生存的 恶

2、劣的环境。人们努力地创造，在产品更新的过程当中，人们终于发现，要制造出最能适应环境的产品，就必须 将制造产品的材料或部件先经受环境的考验。于是，各种环境试验设备出现了。它们能够在最短的时间内 完全模拟外界最恶劣的自然条件，甚至更加严酷。接受这种设备测试的材料或部件在制成产品之前，我们 就已了解它们是否合适。环境试验已经是生产过程中不可缺少的一道程序。科学家门经过研究，已经制造出模拟温度和湿度 的高、低温湿热设备；模拟海洋腐蚀性气候的盐雾腐蚀试验设备；模拟下雨的各种淋雨、防水设备；模拟 光照的各种光老化试验设备；模拟沙尘暴气候的设备等等。还有模拟由工业制造中产生的有害物质如二氧 化硫、臭氧等的试

3、验设备。阳光是地球上任何生物赖以生存的保障，它带来光明和温暖。可是过度的光照和由光照产生的蒸汽 也会带来伤害，尤其对生产材料和产品更造成了严重的破坏，每年造成难以估计的经济损失。损害主要包 括褪色、发黄、变色、强度下降、脆化、氧化、亮度下降、龟裂、变模糊及粉化等。对于直接曝露在阳光 下的产品和材料来说，其受到光破坏影响的风险最大。为了以后的产品能适应并最终对抗阳光和湿气的破坏，我们使用氙灯耐气候试验设备和紫外光耐气 候试验设备。氙灯耐气候试验设备采用能模拟全阳光光谱的氙弧灯来再现不同环境下存在的破坏性光波。本设备 可以为科研、产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和加速试验。氙灯耐气候试验设备可

4、用于新材料的选择，改进现有材料或评估材料组成变化后耐用性的变化等试 验。设备可以很好的模拟在不同环境条件内，材料曝露在阳光下所产生的变化。设备通过将材料曝露在紫 外线（UV，可见光和红外光下，对材料的耐光性进行测定。它采用经过过滤处理的氙弧灯来产生与阳光 具有最大吻合性的全阳光光谱。采用合理过滤处理的氙弧灯是测试产品对直接光照中或透过玻璃的阳光中 的较长波长段紫外线和可见光的敏感度的最佳方式。当你将产品曝露在室外的直接阳光下时，一天当中产品经历最大光强度照射的时间也就是几小时。即使是这样，最严重的曝晒也只发生在夏季中最炎热的几周内。氙灯耐气候试验设备可以加速你的试验过程，因为通过程序控制，设备

5、可以将你的产品每天24小时的曝露在相当于夏季中午阳光的光照环境下。所经受的曝晒在平均光照强度和光照小时/天数方面都大大高于室外曝晒。因而，可以加速获得试验结果。由于长期曝露在荧光灯、卤素灯或其他发光灯下，放置在零售点、仓库或其他环境下的产品同样会经历明显的光降解作用。氙灯耐气候试验设备也可以模拟再现此类商业照明环境中产生的破坏性光，且能以更高强度来加速试验过程。设备采用全光谱的氙弧灯来模拟阳光中的破坏性光波，包括uv可见光和红外光。根据所需的效果，氙灯的光通常要经过过滤来产生一个合适的光谱，例如直射的阳光光谱、透过玻璃窗的阳光光谱或UV光谱。每种过滤器会产生不同的光能分布。光辐照度是指照射在平

6、面上光能的比率。设备必须能控制光的辐照强度，以达到加速试验和重现试 验结果的目的。光辐照度的变化会影响材料质量恶化的速度，而光波波长的变化（例如光谱的能量分布） 则同时会对材料降解的速度和类型产生影响。设备的辐照装有光感应探头，又称太阳眼，一种高精度的光控系统，它可以对因灯管老化或任何其他变化造成的光能量下降及时做出补偿。太阳眼允许在测试过程中选取适当的光辐照度，甚至能选择等同 于夏季中午阳光的光辐照度。太阳眼可以在辐照室内连续监测光辐照度，并可通过调节灯管的功率，精确 将辐照度保持在工作设定值。由于长时间工作，当辐照度下降到低于设定值时，需要更换一只新的灯管， 以保证辐照度的正常。灯管的使用

7、寿命取决于所使用的辐照度水平，一般灯管寿命为1000小时。灯管的更换方便快捷。长效的过滤器为保持所需的光谱提供保障。除了进行光降解测试以外，氙灯耐气候试验设备还可以通过增加湿气和水喷淋选件模拟室外湿气对材料的破坏影响。湿气也是造成部分材料破坏的主要因素，湿气的含量越高越会加速对材料的破坏。湿度 可以影响室内外产品的降解，例如各种纺织品。这是因为当材料试图与周边环境之间维持一个湿气平衡的 时候，材料本身承受的物理应力增加了。因此，当大气中的湿度范围越大时，材料所承受的整体应力就更 大。湿度对材料的耐候性和不褪色性的负面影响已被广泛认同。本设备的潮湿功能可以模拟室内外湿气对材料的影响。设备提供相对

8、湿度控制功能，对于许多对湿度敏感的材料而言，这项功能是很重要的，且许 多的测试协议也要求进行湿度控制。使用水喷淋功能，大大扩展了设备能模拟的气候环境条件。由于经常遭到来自雨水的冲刷，木材的涂料层，包括油漆和着色剂，会出现相应的侵蚀现象。这种雨水冲刷动作可将材料表面有防降解作用的涂料层冲刷掉，从而将材料本身直接暴露在UV和水分的破坏性影响性之下。本设备的雨水喷淋功能可以再现这种环境条件，以增强某些涂料气候老化试验的相关性。 喷淋循环完全由程序控制，并可以在有光照循环或无光照循环下进行。除了模拟湿气导致的材料降解外， 还能有效地模拟温度剧变和雨水侵蚀过程。屋顶、汽车部件以及金属建筑物或构件等的外层

9、涂料会遭遇突然的温度变化。例如，炎热的夏天使 得材料内部的热量堆积起来，而突然的骤雨又会使热量迅速消散。这种剧烈的温度变化冲击，对许多材料 都是一种挑战和考验。通过设备的水喷淋功能可以再现这种环境条件对材料的影响。来自于灯管发射的红外线能重建热量堆积过程，而冷水喷淋则产生温度剧变的效果。在雨水喷淋循环过程中，不控制温度。喷水循环系统水质采用去离子水（固体含量小于20ppm,具有储水箱水位显示，在工作室顶部安装了两个喷头，喷出的水具有可回收性，喷水压力在 0.120.15Mpa之间可调。设备加热系统采用远红外镍铬合金高速加温电加热器；高温、湿度、光照完全独立系统（互不干扰）；温度控制输出功率均由

10、微电脑演算，以达高精度及高效率之用电效益。设备加湿系统采用外置式锅炉蒸汽式加湿器，具有水位自动补偿、缺水报警系统，远红外不锈钢高速加温电热管，湿度控制均采用 P. I .D+S . S . R ，系统同频道协调控制。紫外光耐气候试验设备是另一种模拟光照的光老化试验设备，它主要模拟阳光中的紫外光。同时它还可以再现雨水和露水所产生的破坏。设备通过将待测材料曝晒放在经过控制的阳光和湿气的交互循环中， 同时提高温度的方式来进行试验。设备采用紫外线荧光灯模拟阳光，同时还可以通过冷凝或喷淋的方式模 拟湿气影响。只需要几天或几周时间，设备可以再现户外需要数月或数年所产生的破坏。所造成的损害主要包括退色、变色

11、、亮度下降、粉化、龟裂、变模糊、脆化、强度下降及氧化。设备提供的测试数据在对新材料的 选择、对现有材料的改进或评估影响产品耐用性的组成变化等方面有极大的帮助。设备可以极好地预测产品将在户外遭遇的变化。尽管紫外光（UV只占阳光的5%,但是它却是造成户外产品耐用性下降的主要光照因素。这是因为阳光的光化学反应影响随着波长的减少而增加。因此在模拟阳光对材料物理性质的破坏影响时，不需要再现整个阳光光谱。在大多数情况下，只需要模拟短波的UV光即可。紫外光加速耐候试验机之所以采用UV灯的原因在于它们比其他的灯管更为稳定，并且能更好的再现试验结果。采用荧光UV灯模拟阳光对物理性质的影响，例如亮度下降、龟裂、剥

12、落等方面，是最好的方法。有几种不同的UV灯可供选择。大多数的这些UV灯主要产生紫外光，而不是可见光和红外光。灯的主要差别体现在它们在各自波长范围内产生 的UV总能量上的不同。不同的灯会产生不同的测试结果。实际的曝晒应用环境可以提示应选用哪种类型的UV灯UVA-340模拟阳光紫外线的最佳选择UVA-340可极好地模拟临界短波波长范围的阳光光谱，即波长范围为295-36Onm的光谱，UVA-340只产生在阳光中能找到的UV波长的光谱。UVA-34O丈丁死电昔与PH北班I普的对匕匕17V W *1133 M波辰UVA-3LV-B lYj &瞬I嗣託卫工t右口壬m 性屮才洋菲址行试UVB-313用于最

13、大程度的加速试验X 两垦护狂剧 尼根：T打耳孑訂寸UVB-313可以很快地提供试验结果。它们所采用的短波长UV比目前地球上通常找到的 UV光波更为强烈。尽管这些比自然波长短许多的 UV光能够最大程度地加速试验，但它同时也会对某些材料造成不符和 实际的退化破坏。标准定义发射300nm以下的光能低于总输出光能2%的一种荧光紫外灯，通常称为UV-A丁；发射300nm 以下的光能大于总输出光能10%的一种荧光紫外灯，通常称为 UV-B灯；紫外区分UV-A波长范围为315-400nm； UV-B波长范围为280-315nm；在户外的材料与湿气接触的时间，每天可以长达12小时，研究结果表明造成这种户外潮湿

14、的主要原因是露水，而不是雨水。紫外光加速耐候试验机通过一系列独特的冷凝原理来模拟户外的湿气影响。在设 备的冷凝循环圈中，在箱体的底部有一蓄水箱，并对其进行加热来产生水汽。热蒸汽使试验箱内的相对湿度维持在100%，并且保持一个相对高温。产品的设计确保测试试件实际上构成试验箱的侧壁，从而试件 的背面则暴露在室内环境空气中。室内空气的冷却效用导致试件表面温度下降到低于蒸汽温度几度的水 平。这一温差的出现导致试件在整个冷凝循环过程中，其表面始终有冷凝生成的液态水。这种冷凝产物是 很稳定的纯净蒸馏水。这种纯净水提高了试验的再现率，而同时避免了水渍问题。由于户外曝晒接触潮湿的时间每天可以长达 12小时，因

15、此紫外光加速耐候试验机的潮湿周期一般持 续几小时。我们建议每一冷凝周期至少持续 4小时。注意到设备中的 UV曝晒和冷凝曝晒是分别进行的， 与实际气候条件是一致的。对于某些应用过程而言，水喷淋能更好的模拟最终使用的环境条件。 水喷淋在模拟由于温度剧变和由 于雨水冲刷所造成的机械侵蚀是极其有用的。紫外光加速耐候试验机 /喷淋型就是为再现这种条件而专门 设计的。由于经常遭到来自雨水的冲刷，木材的涂料层，包括油漆和着色剂，会出现相应的侵蚀现象。近期研 究结构表明，这种雨水冲刷动作可以将材料表面有防降解作用的涂料层冲刷掉，从而将材料本身直接曝晒在UV和水分的破坏性影响之下。这一过程可以重复多次，从而导致

16、一种材料退化现象，而单靠冷凝方式 是无法再现的。荧光灯的优点在于：快速获得试验结果；简化的光照度控制；稳定的光谱；只需很少的维护；价格 便宜，运行费用合理。地球上的陆地只有很少一部分，一大半的面积是海洋，因此海洋气候是对人类生活和材料产品影响很 大的一种气候环境。海洋大气的主要腐蚀成分是氯化物形成的盐雾。这些盐雾是通过海浪的撞击粉碎而形成的，在风力的作用下，海洋大气载着盐雾，向四面八方扩散，最后自然沉降到地面或暴露于室外的材料产品上，对材料 或产品造成腐蚀。盐雾腐蚀是大气腐蚀中最常见和最有破坏性的一种腐蚀，特别是金属材料，盐雾会在其表面形成一层导电的盐水膜，由于水膜的作用，使金属材料生成一个个

17、微小的原电池，使金属材料迅速生锈，变成一堆无用的废物。金属电镀件在盐雾的作用下会使表面镀层失去光泽。另外内地盐碱地区的空气中也含有一定量的盐雾成分。海洋中或陆地盐碱地区的盐分是如何变成盐雾进入空气中的呢？目前有海水搅动论和尘土飞扬论两 种说法。海水搅动论认为，由于受月亮引力作用出现的涨潮现象使海水产生大量泡沫， 风将这些含有氯化钠的 细小液滴带到空中。这些小液滴经过裂解、蒸发、混拼等一系列复杂过程，细小的以盐雾的形式进入大气， 再经过空气对流和风力的作用，飘向四面八方。另一种尘土飞扬论认为，内陆地区的盐分，受自然界气候如高温、干燥、雨水等影响，会粉碎成细小 的颗粒，也是经过风的作用，盐分微粒被

18、卷起飘向空中，细小的微粒悬浮在空气中，与空气中水分混合作 用后，在一定的环境条件下，形成盐雾。金属在自然界中都有生成化合物而失去原有性质的倾向。据估计全世界每年被腐蚀的钢铁约占年产量的1/4，这不仅造成经济上的损失，更重要的是失去了金属原有的应用功能。这种情况在电子设备和电器 产品中尤为突出。金属材料的腐蚀据统计大都是由盐雾腐蚀引起的。盐雾影响产品造成损失的事例不胜枚举：我国用于海南海边某军用电器绝缘体吸收盐雾后，绝缘电阻急剧下降，以至采用长时间清理和烘干后，仍不能正常使用。巴拿马运河海岸使用的印刷电路板，因绝缘 下降，而在5个月内失效。某水上飞机电源接触器上附有盐结晶，使电阻增加，电路不通。

19、盐雾对产品的性能影响如此之大。因此，如何提高产品抗盐雾腐蚀能力，日益受到重视。盐雾试验是 环境试验的另一种试验方法。它主要是利用盐雾试验设备所创造的人工模拟盐雾环境条件来考核产品或金 属材料的耐腐蚀性能，为提高产品质量提供试验依据。盐雾试验最早是在1914年美国材料试验学会（ASTM第17届年会上由J.A.Capp提出。当时的目的 是希望获得类似沿海大气的试验条件，以研究某些金属保护层的使用可靠性。它是将样品放在盐雾中进行 试验，这是盐雾试验最早的应用。1919年起，美国国家标准局开始推广应用，19391961年ASTM列为暂 行标准，并修订多次。1962年起列为正式标准。我国从50年代开始就

20、与前苏联等东欧国家合作，开展了产品盐雾试验工作。当时，试验的对象主要 是一些军工产品和一些重要的工业产品。由于当时我国的工业刚刚起步，盐雾试验工作发展缓慢。到了 70年代，随着商品经济的发展，国际贸易日益增多，作为一种考核产品的耐腐蚀能力的试验技术-盐雾试验，得到了大量的应用和发展。盐雾试验是一种人工模拟盐雾环境的试验，它与大气条件下的暴露试验相比， 具有显著的优点：腐蚀环境可以控制，环境再现性好；试验时间明显缩短；节约了大量的人力、财力、物力。它的发展和推广都 很快，已从初期的单纯中性盐雾试验发展成：醋酸盐雾试验、铜盐加速醋酸盐雾试验和交变盐雾试验等多种形式。我国已将盐雾试验作为国家标准，并进行了详细的规定说明。例如我国颁布的GB2423.17 和 GB2423.18标准就是专门用于电工电子产品盐雾试验的标准；GB6458、GB6459、GB6460标准则是用于金属覆盖层的盐雾试验标准；GB 5938 GB 5939 GB 5940标准则是专门用于考核轻工产品电镀层的盐雾试验 标准；而GB 1771标准则主要适用于油漆层的盐雾试验标准。随着科学技术的进步，盐雾试验应用越来越广泛，技术会比以前有更大的提高。