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使用發光等離子體光源測試促進的光降解的裝置和方法
【專利摘要】根據本發明，使用類似于紫外光區域的太陽光的發光等離子體光源，諸如現有的光降解方法中廣泛使用的氙弧光源，其具有可見光區域和長波紅外光區域的低照射強度的光功率譜，諸如金屬環光源，確保了太陽光光降解的再現性并能夠實現高強度紫外線照射，而不會導致樣本過熱。因此，使用氙弧光源利用常用的光降解測試方法，可實現光降解促進測試的3至30倍超促進加速。本發明提供了也利用超聲波振動水箱產生的浸泡條件的方法，以便彌補超促進測試方法中伴隨的常見問題，即水分滲透效應的缺陷，根據材料的特征實現了多種加速測試條件。
【專利說明】使用發光等離子體光源測試促進的光降解的裝置和方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及加速光降解測試或風化測試技術，借助包括紫外光和可見光在內的模擬太陽光光降解的光，能夠有效進行光降解測試，更具體地，涉及一種使用無電極等離子光源短時間內評估或預測材料和產品的光降解導致的降解和失效的測試裝置和方法。

【背景技術】
[0002]一般來說，用于形成塑料、橡膠、油漆涂層等的聚合物材料和有機材料的特點是，含有作為主要成分并與碳、氫、氮、氧等有機元素以共價鍵鍵合的大分子，并且與金屬材料和陶瓷材料相比，具有不易被光、熱等降解因子降解的特性。蠕變、疲勞、應力松弛等物理降解大多數基于分子之間鍵的破壞或分子之間的移動。相反，利用紫外光等光線進行化學降解大多數伴隨分子內鍵的破壞。
[0003]當聚合物吸收對應于破壞聚合物主鏈的能的光能時，產生紫外光對聚合物的降解。此處，所述破壞能被稱為鍵離解能。
[0004]鍵離解能取決于各種分子鍵狀態，從過氧化物結構鍵(0-0)等較弱鍵能到羥基鍵(O-H)等較強的鍵能。在組成分子主鏈的碳-碳鍵或碳-氫鍵的情況下，鍵離解能具有83kcal/mol以上的相對高的能量。
[0005]因此，期望只有碳-碳鍵或碳-氫鍵組成的聚合物材料，諸如聚乙烯和聚丙烯能提供相對較好的耐光性。然而，事實上，耐光性也達不到預期。估計有很多原因導致了這一結果。然而，不規則缺陷結構中烯丙基位置上的碳-碳鍵或通過重復單體聚合的不規則反應或副反應形成的乙烯基和亞乙烯基結構等鏈式結構中叔碳的碳-氫鍵導致的分子結構問題，可能是相對較低鍵離解能的一個原因。相應地，即使在相同分子結構表示的聚合物材料中，耐光性也可能會因這種內部缺陷的種類或數量而有所不同。
[0006]即使聚合物材料或有機材料的分子結構針對相同的光是不同的，也會出現基于上述不同分子結構的光降解的差別，但是同樣意味著即使相反地，施加到具有相同分子結構的聚合物材料或有機材料的光特性是不同的，也會出現上述差別。因此，在加速光降解測試或風化測試中，根據測試裝置使用的光特性與實際太陽光特性的相符程度，能重現或準確預測多少室外太陽光的光降解現象成為了最重要的技術特性。
[0007]從太陽發出到地球表面的輻射能含有各種波長范圍的光，從紫外光、可見光到紅外光。基于特定的波長帶，這種太陽光成分的劃分，僅僅分為紫外光、可見光到紅外光，并不意味著這三種不同類型的光分別到達地球的表面。事實上，太陽光在寬的波長帶上具有連續的光譜，并不具有把太陽光分成三種光的任何標準。
[0008]已知太陽的表面溫度通常為5，780K，太陽輻射的光功率譜具有與溫度同樣為5，780K的黑體的連續光譜相類似的波長分布。然而，穿過地球大氣過程中，太陽輻射受到反射、散射、吸收等影響。因此，穿過地球大氣的太陽輻射能與到達地球大氣外部平流層的太陽輻射能不一致。
[0009]最能表現變化的波長帶為短波紫外光范圍，其大多數在地球的臭氧層被過濾。因此，大多數大氣之外存在的約200-295nm短波范圍的紫外光被去除，到達地球表面的太陽輻射能只含有約295nm以上波長的光。
[0010]由于這一特性，太陽輻射能中含有的短波紫外光的量甚至受到穿過大氣的方式影響，也取決于太陽離海平面的海拔高度和太陽到地球表面的海拔高度，對穿過大氣的影響看上去有所不同。
[0011]當太陽輻射能到達地球表面時，由于太陽光的光功率譜受到地區和氣候的影響，太陽輻射中含有的紫外光和光功率特性根據地區、季節、氣候和時區而有所不同。然而，為了方便起見，把某些參考作為使用的標準。把國際照明委員會(CIE)創建的出版物CIE85-1989作為用于測試模擬太陽光的標準光源參考，太陽輻射中紫外光、可見光和紅外光的含量比通常分別為6.8%、55.4%和37.8%。
[0012]在到達地球表面的太陽輻射中含有的紫外光中，具有與最短波長對應的短波UVB區域(約280-315nm)的紫外光僅約為3%。然而，由于UVB區域中含有的光具有相對強的光子能量，即使UVB區域中含有的光量很小，也可對聚合物和有機材料的光降解產生很強的效應，從而認為是太陽光模擬中很重要的人造光源。
[0013]為了使暴露在聚合物材料等有機材料中的紫外光對化學降解產生效應，暴露在材料中的紫外光能量必須被吸收，基本上取決于有機材料的單一紫外光吸收特性。這一特性基本取決于化學分子結構，為各個聚合物材料提供不同的吸收特性。通常，許多聚合物材料的紫外吸收光譜方面(aspect)表現出接近300nm的短波區域的吸收率增加而接近400nm的長波區域的吸收率降低的趨勢。然而，由于各個聚合物材料的紫外吸收光譜方面是不同的，很難一概而論。
[0014]當具有特定光功率譜的光源，諸如太陽光照射到上述提到的具有不同紫外光吸收光譜的聚合物材料時，聚合物材料的耦合器吸收特定波長的光能，以進行導致分解和氧化反應的化學降解。相應地，特定光源，諸如太陽光的激發光譜得以存在。
[0015]各個聚合物材料的差分紫外光吸收光譜導致的各種激發光譜因此成為導致利用紫外光或可見光區域中具有不同光功率譜的其他光源的光降解測試之間不一致的主要原因。這是導致與太陽光的光功率譜不一致的人造光源的測試結果與實際太陽光的測試結果之間不一致的最基本的原因。特別地，在對光降解產生直接效應的紫外光區域，太陽光和人造光之間的光功率譜是否不一致是很重要的。相應地，在聚合物材料和有機材料的光降解測試中，選擇人造光源并使用具有在特定波長區域中去除紫外光功能的過濾器在技術上是有意義的。
[0016]然而，目前為止，在已開發的人造光源中，沒有可用的光源具有與太陽光完全一致的光功率譜。即使常用來模擬太陽光的氙弧燈或金屬鹵化燈在不使用過濾器的情況下也不能夠提供與太陽光的一致性，即使在使用適當過濾器的情況下，也不可能在整個區域以及紫外光區域與太陽光功率譜完全一致。因此，實際的選擇是，采取一種方法，使用能夠去除太陽光中不含的短波紫外光的紫外光過濾器，以便與太陽光一致，即使短波紫外光在光降解中的影響很大。


【發明內容】

[0017]技術問題
[0018]如上所述，在現有技術的人造光源中，利用整個紫外光區域中太陽光的光功率譜事實上不可能完全構成人造光源的光功率譜。有鑒于此，已經進行了一項調查，用太陽光構成能產生更強老化作用的短波紫外光。
[0019]然而，盡管做出了技術努力，模擬太陽光的人造光源仍然僅限于氙弧光源或金屬鹵化物球形燈等。其他高壓和低壓汞燈、陽光碳弧燈、紫外光熒光燈、紫外光LED燈(參見專利文件I和2)以及一些金屬鹵化物燈(參見專利文件3)等可發出紫外光區域的光。然而，整個光功率譜與太陽光不同。因此，仍然存在這些光源中不適合用于模擬太陽光的問題。
[0020]具體而言，當前模擬太陽光通常可選擇的光源為氙弧光源或金屬鹵化物球形燈。然而，這些光源的光降解測試仍然存在的問題是，其照射強度僅限于類似太陽光達到地球表面的紫外光的照射強度水平。
[0021]換言之，除了對聚合物材料的光降解起重要作用的紫外光之外，太陽光還有更多的可見光和紅外光。由于使用更高照射強度水平的這類光源時伴隨的很強的集熱效應，熱敏聚合物材料會受到熱而不是紫外光的熱降解或熱變形。由于該效應，在典型的加速光降解測試中，使用115W/m2以下的照射強度(約300至400nm的范圍內)，對應白天平均紫外光三倍的光量。
[0022]鑒于這一問題，使用高度模擬太陽光的人造光源的光降解測試中，使用高強度紫外光照射不能夠進行高加速的光降解加速測試。為了增加暴露于單位面積的紫外光照射的強度，嘗試了各種試驗，例如包括照射到相同點的幾個光源燈重疊安裝，試樣架(specimenholder)和光源燈之間的距離在允許范圍內盡可能接近。然而，這些嘗試僅僅是用于增加從光源照射的紫外光照射的強度的手段，不會提供防止熱降解和熱損傷的適當的方法，因而通常不被使用。
[0023]相反，一些高壓和低壓汞燈以及金屬鹵化物燈具有生成較高強度水平的紫外光照射的特征，即使這些燈中可見光和紅外光的含量很低。因此，能夠使用高強度紫外光照射進行高加速測試，而不會對聚合物材料產生熱降解或熱損傷。
[0024]然而，由于紫外光區域中對聚合物材料產生光降解效應的光功率譜以及短波可見光的光功率譜與太陽光的光譜有很大不同，配備有這些燈的裝置的問題在于，不能完全再現太陽光的光降解。鑒于這一問題，該裝置在測試結果的利用和應用上非常有限。一般來說，配備有這些燈的這類測試裝置不用于預測太陽光導致的光降解，而僅限于抗紫外光的簡單比較評價應用中。
[0025]因此，使用兩組燈對包括聚合物材料和有機材料的有機材料產品進行光降解測試。一組是具有太陽光模擬特征，但不具有高強度的紫外光照射的氙弧燈和金屬鹵化物燈，另一組是有利地具有高強度的紫外光照射但缺乏太陽光模擬特征的汞燈和金屬燈。此外，不具有高強度的紫外光照射，同樣缺乏太陽光模擬特征的紫外光熒光燈、紫外發光二級管燈等也用作聚合物材料的光降解測試中的光源。
[0026]需要多種燈用作聚合物材料的太陽光光降解的測試或模擬的原因歸因于以下事實:每種燈都具有多種特征和優缺點。然而，具有適合高加速光降解測試中能夠使用的高加速光降解裝置的高強度紫外光照射特征連同適合模擬太陽光的光功率特征的光降解測試裝置非常稀少。
[0027]為此，本發明的實施例提供了補救措施，應對將上述提到的氙弧燈和金屬鹵化物球形燈應用到高加速光降解測試裝置以及上述提到的高壓和低壓汞燈、紫外光熒光燈等導致的缺乏太陽光模擬特征的測試裝置的問題，以便在維持太陽光光降解的模擬特征的同時能夠進行高加速降解測試。因此，使用無電極等離子體燈作為光源能夠在短時間內評價或預測材料和產品的光降解導致的降解和損傷，其中無電極等離子體燈富含紫外光和短波可見光，但含有極少的紅外光。
[0028]使用本發明的無電極等離子體燈作為光降解測試裝置的光源，本發明的實施例可提供(高加速)光降解的加速測試裝置，能夠照射含有180W/m2以上、使用一般氙弧燈或金屬鹵化物球形燈難以達到的高強度紫外光。
[0029]此處，ff/m2為紫外光照射單位，表示約300_400nm范圍內的紫外光照射強度。
[0030]進一步地，本發明的實施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體光源使其能夠在短時間內預測和評價紫外光或可見光等光在聚合物材料和有機材料，諸如塑料、橡膠、油漆、涂層、粘合劑、油、紙張等有機-無機復合材料，或含有這類材料的組分和產品導致的光降解特征。
[0031]進一步地，本發明的實施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體光源使其能夠在最小化熱降解或熱損傷的同時進行高加速光降解加速測試，這得益于光源富含紫外光和可見光，但含有極少紅外光這一事實。
[0032]進一步地，本發明的實施例可提供加速光降解測試裝置和方法，使用無電極等離子體作為富含紫外光和短波可見光，但含有極少比例的紅外光的光源使其能夠在短時間內評價或預測材料和產品的光降解導致的降解和損傷。
[0033]技術解決方案
[0034]根據本發明的一個實施例，提供了一種使用無電極等離子體作為光源的加速光降解測試裝置。該測試裝置可包括用于使用至少一個無電極等離子體光源照射光的光照射單元；用于收集從光照射單元發出的光并將光均勻照射到材料或產品試樣表面的聚光單元；以及用于固定試樣的試樣架，其中試樣架固定在預定的位置或轉動。
[0035]進一步地，測試裝置還可包括連接至多個無電極等離子體燈并用于將光照射至試樣架所處的試樣室的多個光管，其中各個光管為管子的形狀，包括對管子的內部約90%以上的紫外光反射率的材料；包括試樣室的試樣室分隔壁，其中各個光管垂直插入到多邊形或圓形形狀的分隔壁的每一側，分隔壁被設置成從多個發光燈向試樣架照射光；用于向試樣噴水的噴水嘴，其中水從試樣架的外部噴出；以及用于調節試樣室溫度和濕度的空調單
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[0036]進一步地，光管的端部設有石英玻璃板，所述石英玻璃板在插入到試樣室的橫截面或兩側涂覆有防霧劑或防水涂層。
[0037]進一步地，測試裝置還可包括浸泡單元，用于將試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并將試樣在超聲波振動水箱中浸泡一段預定時間。
[0038]根據本發明的另一個實施例，提供了一種使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置。該裝置可包括用于接收控制命令的用戶界面；控制單元，用于基于控制命令進行加速光降解測試，并以一定波長或波長范圍帶測量照射到試樣的表面的紫外光強度；光照射單元，用于在控制單元的控制下，使用至少一個無電極等離子體光源照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導降解的光；以及用于固定試樣的試樣架，其中試樣架固定在預定的位置或轉動，以便在控制單元的控制下將光均勻照射到試樣。
[0039]進一步地，光照射單元可包括多個透光棒，連接至多個無電極等離子體燈，用于將光透射至試樣架所處的試樣室，各個透光棒具有光管或光棒的形狀，垂直插入到多邊形或圓形的試樣室分隔壁的各個段。
[0040]進一步地，控制單元可用于控制空調單元，調節試樣室的溫度和濕度，并從周期性地或連續性地測量紫外光照射量的紫外光輻射計接收紫外光照射量，以便控制光照射單元，維持恒定的紫外照射強度。
[0041]進一步地，測試裝置還可包括浸泡單元，用于將試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并在控制單元的控制下將試樣在超聲波振動水箱中浸泡一段預定時間。
[0042]根據本發明的一個實施例，提供了一種使用無電極等離子體光源的加速光誘導降解測試方法。該方法可包括:在加速光誘導降解測試裝置的控制單元從用戶界面接收控制命令；基于控制命令，使用至少一個無電極等離子體燈向試樣照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導降解的光；在試樣室中將試樣固定在預定的位置或轉動；以及識別試樣室的溫度、濕度和紫外光照射量并調節識別的值至預定參考。
[0043]進一步地，所述向試樣照射光可包括在聚光單元收集從至少一個無電極等離子體燈發出的光并將收集的光照射到試樣的表面。
[0044]有益效果
[0045]根據本發明的上述實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法具有如下所述的一個或多個效果。
[0046]根據本發明的實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法利用無電極等離子體燈，提供了一種利用高強度紫外光照射的高加速光降解測試方法，這是常規的氙弧燈等很難實現的。由于無電極等離子體燈與紫外光和短波可見光區域中的太陽光具有類似的光功率分布，不同于現有技術中的紫外發光燈，諸如明火碳弧燈或金屬環燈，可提供能夠更準確模擬太陽光降解的加速測試方法。
[0047]進一步地，與氙弧燈相比，本發明實施例的無電極等離子體燈含有較少含量的紅外光，因而能夠有效抑制當紫外光照射強度變大時伴隨的集熱效應，以便提高促進特征。因此，可提供便利的手段，來控制試樣溫度，以便再現更準確的光降解機制。
[0048]同樣,在本發明的實施例中,可提供將試樣浸泡到超聲波水箱的方法，這對在光降解加速測試中需要水分侵害(moisture infringement)效應的材料是必要的。因此,利用抗氧化劑或光穩定劑等添加劑，可用作由于光降解耐久性受影響的聚合物材料和產品的光降解加速測試中提高場再現性(field reproducibility)的方法。
[0049]此外，與明火碳弧燈以及常用的氙弧燈和金屬環燈相比，本發明實施例的無電極等離子體燈具有長得多的使用壽命，因而可避免測試期間頻繁更換燈導致的缺乏測試再現性問題，同樣也可大大降低操作系統的成本負擔。一般而言，氙弧燈和金屬環燈的使用壽命為1500小時。相反，無電極等離子體燈的使用壽命最小為5000小時，并通常大于10000小時，這使系統的可靠操作成為可能。無電極等離子體燈的這一特征提供了這一優點，加速測試條件下使用高強度紫外光照射進行長時間光降解測試。
[0050]如上所述，根據本發明的實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試方法提供的效果是，縮短產品開發時間并降低開發成本。同樣，得益于場降解和失效機制的準確再現，提供了用于提高產品質量和使用壽命的精確的加速測試方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1和圖2為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結構的結構圖，其中圖1包括水平布置成圓形的多個無電極等離子體光源，圖2包括垂直布置的多個無電極等離子體光源。
[0052]圖3為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結構的框圖。
[0053]圖4為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的操作的流程圖。
[0054]圖5為示出了太陽光與根據本發明的一個實施例的無電極等離子體燈相比較的光功率譜的曲線圖。

【具體實施方式】
[0055]下面，將從結合附圖進行描述的實施例，更清晰地理解本發明的示例性實施例的優點和特征及其實現方法。然而，本發明并不限于這些實施例，并可實現為多種形式。應當注意的是，提供實施例是為了充分公開本發明，并且使本領域技術人員全面地理解本發明的范圍。因此，本發明的范圍僅僅由所附的權利要求所限定。在所有附圖中，相似的附圖標記表示相同或相似的元件。
[0056]在下面的描述中，已知功能或構成如果因為不必要的詳述會模糊本發明，將不進行詳細的描述。進一步地，考慮到下文所述的術語在本發明中的功能，將對這些術語進行限定，并且根據使用者或操作者的意圖或實踐而有所不同。相應地，術語的定義應當基于貫穿該說明書的內容而進行。
[0057]框圖和本文所附的順序圖中各個框的各個步驟的組合可用計算機程序指令進行。由于計算機程序指令可加載到通用計算機、專用計算機或其他可編程的數據處理裝置的處理器中，計算機或其他可編程的數據處理裝置的處理器執行的指令可創建設備，用于執行框圖中各個框或順序圖中各個步驟的描述的功能。由于計算機程序指令為了以特定方式執行功能，可存儲在計算機可用或可讀的針對計算機或其他可編程的數據處理裝置的存儲器中，存儲在計算機可用或可讀的存儲器中的指令可生成包括指令設備的制造項目(manufacturing items),用于執行框圖中各個框或順序圖中各個步驟中描述的功能。由于計算機程序指令可加載在計算機或其他可編程的數據處理裝置中，指令可提供用于執行框圖中各個框或順序圖中各個順序中描述的功能的步驟，其中所述指令的一系列處理步驟在計算機或其他可編程的數據處理裝置中執行，以生成由計算機執行的步驟，操作計算機或其他可編程的數據處理裝置。
[0058]此外，各個框或各個順序可表示模塊、片段、或包括用于執行特定邏輯功能的至少一個可執行指令的一些代碼。在一些替代的實施例中，還應注意，框或順序中描述的功能可以不按照該順序。例如，兩個連續框和順序根據相應的功能可基本上同時執行或經常顛倒次序執行。
[0059]下文中，將參照附圖詳細描述本發明的實施例。
[0060]圖1為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結構的結構圖，其中多個無電極等離子體光源水平布置成圓形。
[0061]參照圖1，加速光降解測試裝置100可包括無電極等離子體源110、噴水嘴120、試樣架130、試樣室分隔壁140、石英玻璃板150、光管160和試樣室170。
[0062]連接至無電極等離子體源110的光管160被稱為光照射單元。光管160由6厘米寬、6厘米高和18厘米長的鋁片制成，用于反射紫外光，并根據光源的數量可使用八個。
[0063]無電極等離子體源110和光管160可逐個相應連接以設置成八邊形的形狀。八邊形形狀的試樣室分隔壁140可包括在中心的試樣室170。以預定厚度制造的試樣室分隔壁140可構成在每一側可垂直插入的光管160的結構。在這種情況下，試樣室分隔壁140可構成八邊形以外的其他形狀，這取決于實現方法。
[0064]無電極等離子體源110可位于八邊形的外側，光管160的一端可連接至規則八邊形的環，而不形成間隙。八邊形形狀的光管160可配置有由涂覆有防霧劑的石英玻璃板150阻擋的出口。利用該配置，從光管160照射的光可呈圓形照射到試樣室170。在18厘米長的光管160中，從不銹鋼壁表面突出的至多7厘米的長度將試樣室分隔成內室和外室，并位于試樣室的內室，剩余的11厘米長度位于試樣室的外室中的機房。
[0065]將注射成47mm寬、67mm高和3mm厚的矩形形狀的塑料試樣固定在試樣架130上，所有八個試樣在此垂直放置在八邊形支架上。定位八邊形形狀的試樣架130以便基本上貼合八邊形形狀的光管160的出口，即石英玻璃板150上，以便在以1-1Orpm的恒定速度轉動的可轉動支架上形成試樣架130。就此而言，當試樣架130轉動時，架130可呈圓形布置，光可從發光源110向圓形內側的方向照射。
[0066]S卩，轉動架設置成具有試樣架把手或作為轉動軸的柱132的輪轂結構。試樣架把手或柱132的底部具有徑向結構或可連接至試樣架130的底部的試樣架襯套134。利用這一結構，各個連接至徑向試樣架襯套134的試樣架130可隨著試樣架130的把手或柱132的轉動而同時轉動。
[0067]用于向暴露于照射光的位置噴水的噴水嘴120和壓縮空氣噴嘴可安裝在試樣架130的周圍。試樣架130可配備有空氣壓移動單元，以便上下移動。在照射期間，試樣架130可向上移動并位于暴露在聚焦光的位置，在裝滿水的水箱浸泡期間，試樣架130可向下移動，并可位于浸泡位置。
[0068]可自動控制試樣架130的這種移動，以便通過控制單元300的操作程序定位給定時間。在浸泡測試進行的水箱底部，安裝溫度控制功能單元和超聲波振動功能單元，以在浸泡期間進行具有合適溫度的超聲波振動測試。
[0069]試樣架130所處的試樣室設計成通過空調單元控制溫度和濕度，也可配備有T型氟基樹脂有線溫度傳感器，以便直接測量試樣表面的溫度。此外，也可安裝紫外光輻射計，使其置于試樣表面相同的平面，從而測量照射到試樣表面的紫外光照射量。
[0070]同時，光照射單元可以不同的方式配置。例如，可使用包括無電極等離子體光源、液態光導和圖2示出的棒狀平衡冷凝單元161 (例如，石英玻璃材料的發光方棒)的光照射單元。光照射單元的冷凝單元161可固定在注入有47_寬、67_高和3_厚的矩形形狀的塑料試樣的正中心，聚焦冷凝單元的透鏡，使得在試樣的表面7厘米處更好地形成光的圖像。
[0071]圖3為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的結構的框圖。
[0072]參照圖3，加速光降解測試裝置100可包括控制單元300、電源302、用戶界面304、光照射單元306、空調單元308、浸泡單元310、紫外光輻射計312以及試樣架驅動單元314。
[0073]具體而言，電源302可為加速光降解測試裝置100中的各個功能塊提供電力。用戶界面304可通過有線或無線網絡與驅動加速光降解測試裝置100的用戶互鎖，并通過用戶終端等接收控制命令，并將輸入控制命令傳輸至控制單元。
[0074]控制單元300可控制各個功能塊并可包括用于驅動加速光降解測試裝置100的操作程序。操作程序為進行加速光降解測試做準備，并控制光照射單元306、空調單元308、浸泡單元310、紫外光輻射計312以及試樣架驅動單元314等。
[0075]首先，控制單元300可控制包括無電極等離子體光源110的光照射單元306發出待照射到試樣的光。空調單元308可包括安裝在試樣室的溫度控制單元和濕度控制單元。空調單元308可將測量的溫度和濕度周期性地傳輸到控制單元，從而在控制單元300的控制下控制溫度和濕度。
[0076]有很多控制溫度和濕度的方法。例如，一種方法是使用循環類型的冷卻設備將加壓空氣吹入或將水噴射到試樣，另一種方法是利用吹向試樣的冷卻空氣，其中使用循環類型的冷卻設備中的冷卻腔室外部吸入的空氣的冷卻器或熱交換器將冷卻空氣吹向試樣。在加速光降解測試裝置100和循環類型的冷卻設備互鎖之后，這種控制方法可在控制單元300的控制下進行。
[0077]浸泡單元310可將試樣架130降至裝滿水的水箱。紫外光輻射計312可周期性地或連續性地測量將要照射到試樣表面的紫外光的照射量，并將測量的值傳輸至控制單元300。
[0078]紫外光輻射計312可校驗照射量，例如在紫外光照射強度的各個光降解測試的開始時間和完成時間之間的時間，并傳輸校準至控制單元300。為此，控制單元300可隨后控制恒定的紫外光的照射強度，以在光降解測試期間，通過應用紫外光的照射強度的平均值或使用反饋由光照射單元306自動控制來保持所述照射強度。
[0079]試樣架驅動單元314可在控制單元300的控制下以恒定的速度轉動試樣架130，或可通過控制氣壓將試樣架130上下移動。換言之，在浸泡測試期間，與浸泡單元310處于互鎖狀態的試樣架驅動單元314可向下移動試樣架，以便浸泡試樣。
[0080]參照圖4詳細說明加速光降解測試裝置100的這種操作方法。
[0081]圖4為示出了根據本發明的一個實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置的操作的流程圖。
[0082]參照圖4，在框400，當加速光降解測試裝置中的電源302的開關接通時，電源302變得向控制單元300和各個功能塊提供電力，以獲得加速光降解測試裝置。
[0083]接下來，在框402，當用戶界面304從用戶接收控制命令時，用戶界面304將控制命令傳輸至控制單元300，控制單元300基于接收的控制命令進行光降解測試。
[0084]S卩，在框404，控制單元300控制光照射單元306，驅動其從無電極等離子體光源110照射光，在框406，控制單元300根據接收的控制命令或光降解的預定的測試方案，確定試樣架驅動單元314是否需要被驅動。在控制單元300確定其需要被驅動的情況下，在框408，控制單元300以預定的時間單位轉動試樣架驅動單元314，或上下移動試樣架驅動單元 314。
[0085]接下來，在框410，控制單元300從空調單元308和紫外光輻射計312接收溫度、濕度、和紫外光照射量，在框412，控制單元300控制空調單元308和光照射單元306基于接收的值維持預定的環境，從而進行溫度控制、濕度控制和紫外光照射量控制等。
[0086]利用該性能，在框414，能夠檢查光降解導致的試樣變化，從而評價或預測試樣是否受損或損傷。
[0087]同時，富含可見光但紅外光比率欠佳的無電極等離子體燈具有顯色指數94以上的強色澤穩定性，并提供5，300K以上類似于太陽光的色溫。同樣，本實施例中使用的無電極等離子體燈是具有以下特點的一種燈:與天陽光相同的接近300nm的短波紫外線區域的強度最低，并朝著長波的方向逐漸變高，接近500nm短波可見光區域的強度最高，并在大于約600nm的區域急劇降低，約750nm以上紅外光區域的強度基本上低于太陽光或氙弧光源的強度。
[0088]具有這種無電極等離子體燈作為光源的加速光降解測試裝置100可與單個燈或多個燈一起使用。單獨使用的情況下，可使用能夠無損耗聚光的光學凸透鏡或反射鏡。
[0089]即使在使用多個燈的情況下，可使用凸透鏡或反射鏡將光匯聚到期望的照射部位。然而，在使用多個燈的情況下，還可以采用以下方法將光匯聚到期望的照射部位:只需要將燈適當布置，而不用使用凸透鏡或反射鏡。
[0090]在無電極等離子體光源使用小于0.5kW輸出的情況下,光輸出相對小于用于測試光降解的常規燈的輸出。因此，即使多個燈一起使用，很難獲得單位面積高的紫外光照射強度。因此，使用這種無電極等離子體光源，為了能夠利用高加速特性進行高強度紫外光照射實現高加速的加速測試裝置，有必要使用與反光管、反光燈罩、聚光透鏡等將燈發出的光匯聚到較小區域的并行方法。當使用這種聚光設備時，重要的是，光匯聚到試樣表面必須指示均一的照射強度。
[0091]常用透鏡類型或反光燈罩的聚光使匯聚的光能匯聚到一個點或弧上。因而，很難獲得均一的照射強度。特別的，不期望使用具有彎曲圓形或橢圓形結構的常用凸透鏡、反光燈罩或圓柱形管體現這種聚光。因此，在無電極等離子體燈的聚光設備中，例如，可優選通過圖1示出的具有方管形狀的光管160或圖2示出的方棒形狀的透光棒162將光均勻匯聚。
[0092]此處，圖1中方管形狀的光管160或圖2示出的方棒形狀的透光棒162優選具有透光的方形橫截面，以便照射方形的光。每個光源的照射面積預期可在400mm2至4000mm2的范圍內調節。照射面積小于400mm2的光匯聚很難再現性地維持照射強度，并且相對很難作為試樣的表面溫度控制，這是由于小面積的局部集熱效應，很難確保光降解的再現性。
[0093]與此相反，照射面積大于4000mm2的光匯聚可提供這種程度的低紫外光照射強度，使得加速測試的光匯聚幾乎變得沒有意義，因而不希望使用。最優選的照射區域在650_2至100mm2的范圍內。
[0094]光管和透光棒的長度優選為方形透光橫截面的至少一倍到至多十倍。小于一倍的情況下，整個照射區域的照射強度均一性變得很差。大于十倍的情況下，整個照射強度變弱。
[0095]光管的內表面必須由反射率至少為90%的材料制成。這種材料的優選示例可為鋁板或鋁膜，聚四氟乙烯或硫酸鋇涂層等氟化聚合物具有規則反射或漫反射的功能。在一些情況下，可使用紫外光反射涂層處理的石英玻璃板。紫外光反射涂層必須具有約300-500nm波長的紫外光和至少為90%的短波可見光反射率，優選具有大于約600nm波長的可見光和小于約30%的紅外光反射率(即，透射約70%以上)。
[0096]對于光管的兩個端面，可使用具有極好紫外光透射率的石英玻璃透鏡或具有特定厚度的石英玻璃板。對于石英玻璃板，可使用能夠過濾一定區域的紫外光的具有過濾功能的板。此外，希望沿著試樣的照射方向，在板定位的表面上使用防霧涂層或防水涂層，以避免施加到試樣的細小水顆粒或水滴導致光傳播變形。
[0097]同樣，為了增加去除紅外光的效應，可用的方法是，光管的兩個端面可用密封的石英玻璃板密封，在密封的內側填充具有極好紫外光透射率的流體或蒸餾水，流體的溫度通過循環類型的冷卻單元控制。
[0098]此處，可用的方法是，使用常用的圓形凸透鏡或反光罩匯聚從無電極等離子體燈發出的光，隨后使用匯聚的光。在這種情況下，一個或多個凸透鏡或圓形反光罩匯聚的光可與凸透鏡一起使用。
[0099]當穿過之前提到的光管或透光棒時，希望匯聚的光經過將待匯聚到焦點的光分散的平衡過程。對于分散過程，可使用引發散射的分散過濾器或使用在光管內側中具有散射/反射功能的反射鏡等方法。
[0100]除了使用光管或透光棒通過焦點處的凸透鏡或反光罩將匯聚到焦點的光透射到試樣表面的方法，可使用利用光導的方法，其中所述光導中填充有允許紫外線透射的石英玻璃材料的光纖維或液體混合物。與光管或透光棒相反，由于光導有利地可在一定允許范圍內使光變形或彎曲成曲線，這為制備裝置中設置燈和試樣之間的位置提供了有利的條件。
[0101]同時，利用常規的樣品板溫度(BPT)的控制方法，實現試樣照射區域的溫度控制是可行的。然而，考慮到紫外光比使用的太陽光具有高得多的照射強度水平，希望直接測量待照射的試樣表面，以控制試樣的溫度，或基于腔室溫度(CHT)控制溫度，而不考慮試樣的溫度。
[0102]此處，試樣表面的溫度控制范圍從室溫至110°C，但更優選的溫度控制范圍為30-85°C。由于試樣在腔室溫度和照射燈強度的相同條件下會根據試樣的材料和顏色而積聚、傳導和輻射熱量，試樣的表面溫度可發生變化。因此，在高加速的光降解加速測試裝置中的受控樣品板溫度可與實際太陽光獲得的樣品板溫度不同。
[0103]溫度彼此不同的原因是，通過使用實施例中具有顯著較低的紅外光率的光照射獲得的試樣表面的溫度，與通過使用具有相同的紫外光照射強度水平的太陽光照射獲得的試樣表面的溫度變得彼此不同。
[0104]出于上述原因，與不考慮試樣實際的表面溫度，使用待組裝到測試裝置的樣品板溫度計調節溫度控制相比，為超加速光降解測試給出的試樣表面的溫度控制可能會更加準確地用直接測量試樣的表面溫度來調整。
[0105]此處，測量試樣的表面溫度的溫度傳感器優選為T型氟樹脂電纜涂覆的線纜型傳感器。然而，本發明的試樣表面溫度的測量不限于上述提到的T型和線纜型傳感器，此外，也可使用接觸型溫度計和非接觸型紅外溫度計。
[0106]同樣，本發明的試樣表面溫度和腔室溫度可在自然對流或加壓空氣吹入或水噴射的條件下控制。最優選的方法是，使用圖2示出的吹風機180控制吹入到試樣表面的空氣的量而形成的加壓吹入。當試樣的表面溫度高于腔室溫度時應用的這種方法可用于大多數情況。
[0107]當紫外光照射強度維持較高時，或進行熱敏材料的光降解時，只使用吹風功能不足以將試樣的表面冷卻到期望的溫度。在這種情況下，除了利用腔室中空氣循環的吹風功能外，希望利用吹入從腔室外部吸入的空氣提供更有效的冷卻，然后通過圖3的空調單元處的冷卻器或熱交換器冷卻。使用冷卻器的情況下，希望與循環冷卻空氣一起使用一部分冷卻的空氣和用于冷卻試樣表面的空氣，以防止燈變得過熱。
[0108]此外，在光降解照射期間，為了模擬水分的降解效應，可使用借助圖3的空調單元308控制腔室內濕度的方法或借助噴水嘴120噴水的方法。
[0109]在本發明的一個實施例中，除了濕度控制和噴水功能，可使用通過圖3的浸泡單元在受控的溫度下將超聲波應用到浸泡在超聲波水槽中的試樣的方法。該方法在增加塑料或薄膜內部的濕度滲入速度上是有效的，并且也可快速除去表面附近的添加劑。通過這種方式，可在短時間內在(加速的)光降解加速測試裝置中再現由于長時間暴露在戶外降水和凝露對聚合物材料的水分侵害效應。
[0110]當試樣浸泡在超聲波水槽中時，從結構層面的角度不可能進行紫外光照射。因此，希望進行循環測試，以便在預置時間內利用自動或手動的方式，交替地重復光照射測試和浸泡到超聲波水箱的測試。相應地，在本發明中，能夠使用安裝在光降解照射系統中的超聲波水箱，或使用提供的超聲波水箱作為獨立的設備。
[0111]超聲波水箱中水的溫度優選在4°C -90°C的范圍內。在低于該溫度范圍的溫度下，一部分水可能結冰，在高于該溫度范圍的溫度下，可在試樣的表面產生過多的氣泡，使得很難進行再現性測試，還可引發熱敏材料產生熱降解。
[0112]圖1和圖2的試樣固定到試樣架130。在固定的狀態，可以用活動方式(圖1)或固定方式(圖2)在與固定燈和冷凝單元對齊的高照射位置進行測試。在只使用一個燈進行測試的情況下，希望使用固定方式進行測試，在使用多個燈進行測試的情況下，考慮到各個燈中會發生紫外光照射強度的偏差，希望用轉動的方式進行測試，以便使該偏差達到平衡。
[0113]針對希望的試樣架的轉動方法，將多個燈布置成如圖1所示的圓形，以將光照射到圓形的內表面，待照射的圓形內表面布置成彼此垂直鄰接，以便形成一個矩形形狀或幾十個矩形形狀，因而可迫使矩形形狀或幾十個矩形形狀對應的試樣架130轉動。如果由一條矩形形狀或幾十個矩形形狀組成的試樣架被稱為一層，則能夠配置燈、冷凝單元和試樣架使其布置成多層。
[0114]因此，在轉動的移動型架中，至少4個試樣可同時進行測試，但更優選的是，使用能夠同時測試6-36的范圍內的試樣的轉動架。具有試樣的試樣架具有容易從光照射位置移動到超聲波水箱的結構。
[0115]在超聲波水箱位于裝置的底部和紫外光照射單元位于裝置的頂部的設計情況下，可以使用自動設備，將整個試樣架以垂直移動方式從光照射的位置移動到超聲波水箱。在手動移動的情況下，希望安裝把手132，方便從裝置中移除整個試樣架，并將其放置在超聲波水箱。
[0116]使用加速的光降解測試裝置100的光照射單元306進行光照射之后，可以使用色差儀利用ASTM E313標準，在含有或不含的鏡面組件的情況下，應用色差(ΛΕ)或黃化指數變化(AYI)的方式進行塑料材料表面的光降解測量。
[0117]在下文中，將使用加速光降解測試裝置100的多種方法的實施例與使用現有技術的實施例進行比較說明。
[0118]第一實施例
[0119]使用圖1的加速光降解測試裝置100控制照射強度，發出約600W/m2的紫外光照射強度(基于約300-400nm的紫外光照射強度)。從用于注入應用的聚丙烯樹脂(黑色，編年史(Chronicles)M1452U)注入的試樣被浸泡在溫度為40°C的水箱中，重復“超聲波振動一小時-不用超聲波振動一小時”兩周。接下來，在15°C的腔室溫度和50% RH的濕度條件下，每兩小時噴水20分鐘，從測試開始測量表面的色差變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，0和3。
[0120]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例1)，基于根據SAE J1960標準的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第一實施例中使用的聚丙烯樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時，無光照射的情況下噴水一小時。接下來，從測試開始測量表面的色差變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，0和O。
[0121]作為第二比較測試(比較示例2)，第一實施例中使用的聚丙烯樹脂試樣放置在朝南37°設置的暴露測試工具上，該工具位于韓國忠清南道瑞山市的韓國合規實驗室(Seosan city, Chungcheongnam-do, Korea of Korea conformity Laboratories)處，并從2007年10月至2009年9月進行23個月的戶外暴露測試。在測試期間使用累計的紫外光量測量的色差變化值表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，I和3。
[0122]第二實施例
[0123]使用圖2的加速光降解測試裝置100調節由無電極等離子體燈和棒狀平衡冷凝單元組成的光照射單元的照射強度，發出1200W/m2的紫外光照射強度。接下來，從用于注入應用的聚甲醛樹脂(白色，KEP F20-03)注入的試樣在20°C的腔室空氣溫度和50% RH的濕度條件下進行測試，直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ，測量表面的色差變化。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，2和6。
[0124]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例3)，使用氙弧光降解測試儀調節照射強度，發出1200W/m2的紫外光照射強度。接下來，第二實施例使用的聚甲醛樹脂試樣在樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH的條件下進行測試，沒有噴水的情況下光照射100分鐘，噴水情況下光照射20分鐘，直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ，測量表面的色差變化。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的色度分別為0，I和5。
[0125]第三實施例
[0126]使用圖1的加速光降解測試裝置100調節照射強度，發出約600W/m2的紫外光照射強度。從用于注入應用的聚碳酸酯樹脂(無色透明，拜耳AL2647)注入的試樣，在腔室溫度為40°C，濕度為50% RH的條件下，每兩小時噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數分別為6，11和12。
[0127]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例4)，基于根據SAE J1960標準的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第三實施例中使用的聚碳酸酯樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時，無光照射的情況下噴水一小時。接下來，測試并測量表面的黃化指數變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數分別為5，10和11。
[0128]第四實施例
[0129]使用圖2的加速光降解測試裝置100調節由無電極等離子體燈和棒狀平衡冷凝單元組成的光照射單元的照射強度，發出900W/m2的紫外光照射強度。從用于注入應用的丙烯酸樹脂(無色透明，LG化學IH830)注入的試樣在25°C的腔室空氣溫度和50% RH的濕度條件下每兩小時噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數分別為
O,I 和 2。
[0130]作為與上述測試比較的比較測試(比較示例5)，使用氙弧光降解測試儀調節照射強度，發出600W/m2的紫外光照射強度。接下來，第四實施例使用的丙烯酸樹脂試樣在樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH的條件下每兩小時噴水20分鐘。接下來，測試并測量表面的黃化指數變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數分別為3，8和12。
[0131]作為與上述測試比較的另一個比較測試(比較示例6)，基于根據SAEJ1960標準的測試條件，使用氙弧光降解測試儀處理第四實施例中使用的丙烯酸樹脂試樣，即，樣品板溫度為70°C，濕度為50% RH，光照射兩小時，無光照射的情況下噴水一小時。接下來，測試并測量表面的黃化指數變化直到累計的紫外光量達到100MJ、300MJ和500MJ。測試結果表明100MJ、300MJ和500MJ的黃化指數分別為0，0和I。
[0132]正如根據上述實施例和示例的測試結果，與示例的測試相比，實施例的測試能夠進行加速測試，并照射與太陽光的紫外光功率分布具有相似特性的高紫外光強度。相應地，與最常用的氙弧光降解測試儀實現的常用測試條件相比，可進行加速性能增加十倍或以上的高加速的光降解加速測試，而不會產生對試樣過度加熱的副反應。
[0133]更具體地，比較示例I中使用氙弧光源的測試裝置的光降解測試需要大約178天(六個月)，而基于相同的紫外光照射量的第一實施例的光降解測試需要大約12天。考慮到為提高場再現性而引入的超聲波振動浸泡條件的整個測試周期為26天，與比較示例I中測試的178天的測試周期相比，第一實施例的測試預計有約7倍以上的加速性能。同樣，與比較示例2中戶外暴露測試的條件下進行的23個月的測試周期相比，第一實施例的測試預計有約27倍以上的加速性能。
[0134]此外，第一實施例的測試結果表明其更接近根據比較示例2利用自然太陽光的戶外暴露測試的測試結果的表面色差變化，而不是比較示例I利用氙弧光源的測試結果。因此，加速的加速性能顯著提高，并且場再現性也比氙弧光源裝置更優越，當然，應理解要確保取決于測試條件的適當設置。
[0135]與使用比較示例3的氙弧光源的光降解測試儀加速所獲得的加速性能的最高值相比，第二實施例的測試可實現快十倍的高加速測試條件。因而，加速測試結果表明，基于相同的紫外光照射量，需要進行60天的測試只需要6天。
[0136]此外，盡管測試周期顯著被縮短，但第二實施例的測試結果顯示出與比較示例3的氙弧光源的測試結果確認的變化相類似的表面色差變化。因而，應理解，借助高加速的測試方法的紫外光降解加速測試對于給定塑料材料的光降解具有足夠的再現性。
[0137]與使用比較示例4的氙弧光源的光降解測試裝置中最廣泛使用的紫外光照射強度相比，第三實施例的測試表明了相當于十倍的高強度紫外光照射的光降解加速測試結果。基于相同的紫外光照射量，實施例的加速測試方法和裝置可在12天內進行測試，而利用氙弧光源的系統進行測試需要178天。因而，可進行相當于快約15倍的加速測試。
[0138]進一步地，盡管測試周期被急劇縮短，第三實施例的測試結果顯示出與比較示例4的氙弧光源的測試結果確認的變化相類似的表面黃化指數變化。因而，應理解，利用實施例的高加速測試方法和裝置的光降解加速測試足以模擬太陽光對塑料材料引發的光降解應用。
[0139]與使用比較示例5的金屬環光源和比較示例6的氙弧光源的光降解測試系統中最廣泛使用的紫外光照射強度相比，第四實施例的測試顯示出分別相當于1.5倍和15倍的高強度紫外光照射的光降解加速測試結果。
[0140]基于相同的紫外光照射量，本發明的加速測試方法和裝置進行8天的光降解測試，金屬環光源的系統作為高加速的光降解的系統需要進行12天，普通氙弧光源的系統進行測試需要178天，從而進行加速測試相當于分別快1.5倍和22倍。
[0141]此外，應理解，比較示例5的金屬環光源的光降解的測試結果與氙弧光源的光降解測試結果在表面黃化指數變化上彼此不同，使用金屬環光源的系統的加速測試方法對高加速的加速測試是可行的，而氙弧光源的系統在再現性上有很大不同。然而，本發明的加速測試方法和裝置的測試結果能夠得到與氙弧光源，甚至是利用高加速的加速測試的光降解相類似的測試結果。
[0142]如上所述，根據本發明的實施例，用120-1，200ff/m2的高紫外光強度照射，而不會對試樣的表面產生熱損傷，甚至不使用過多的冷卻單元，借助具有與太陽光功率譜相類似的紫外光區域的無電極等離子體燈可實現高加速的光降解加速測試，也可在短時間內在超聲波振動水箱中獲得浸泡效應，實現短時間水分侵害效應。
[0143]上述高加速的光降解測試裝置可用于所有材料和產品的光降解(或抗風化)，尤其是借助氙弧光源的系統，在需要30天以上的長時間測試周期的光降解測試之前，有必要進行初步調查測試時是十分有用的。當選擇適當水平的本發明的紫外光照射強度，根據待測試的材料和產品的光降解特性獲得更好的再現性，優化超聲波振動水箱的浸泡條件，空調單元操作條件、濕度、噴水等和控制試樣表面溫度的腔室，可能獲得具有更好再現性的光降解的加速測試結果。
[0144]圖5為示出了太陽光與根據本發明的一個實施例的無電極等離子體燈相比較的光功率譜的曲線圖。
[0145]參照圖5，附圖標記400為本發明的無電極等離子體燈的光功率譜，附圖標記450為放大到與無電極等離子體燈的光功率譜的照射強度類似的照射強度的太陽光的光功率
-1'TfeP曰。
[0146]作為本實施例的無電極等離子體燈的光功率譜400與太陽光的光功率譜450相比較的結果，可以看出，兩個光譜400和450在對塑料材料等光降解最重要的波長區域的400nm以下的紫外光區域，以及約400_500nm的短波可見光區域彼此具有類似的分布。
[0147]同樣，可以看出，從600nm以上的長波可見光區域，與太陽光的光功率譜450相比，無電極等離子體燈的光功率譜400迅速降低，在SOOnm以上的紅外光區域，兩個光譜的差異變得很大。從這種差異可以看出，即使當紫外光維持與太陽光類似的紫外光光降解時提供高紫外光照射強度，紅外光的集熱效應也變得非常小。同時，本發明的無電極等離子體燈含有太陽光中不含的295nm以下的短波紫外光，比氙弧光源或金屬環光源少，因而優勢在于，在不需要嚴格波長再現性的光降解測試中，不需要專門的過濾器，來去除紫外光。因此，不需要在氙弧光源或金屬環光源的常見系統操作中占據較大比例的過濾器的更換成本。
[0148]然而，不同于太陽光的光功率譜250，本實施例的無電極等離子體燈的光功率譜200在接近327nm、412nm和453nm的光量特性迅速降低。在這種特性出問題的測試情況下，通過使用在約325nm和410nm出現發射頂峰的區域的紫外光發光二極管(UV-LED)和可見光發光二極管(VIS-LED)的方法作為補充。即，無電極等離子體光源110可與UV-LED和VIS-LED 一起安裝到圖1的光照射單元。
[0149]進一步地，在本發明的實施例中，可在120W/m2-1200W/m2的范圍內調節匯聚到照射區域的紫外光照射強度，取決于無電極等離子體燈的數量，燈與試樣之間的距離，光管或透光棒的尺寸和長度等。當然，照射強度可調節到120W/m2以下。然而，在這種情況下，很難滿足高加速的加速測試需要的條件。相反地，在照射強度可調節到1200W/m2以上的情況下，很難抑制或控制聚光單元產生的集熱效應導致的溫度過度上升。
[0150]如上所述，根據本發明的實施例，使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置和方法用于短時間內預測和評價紫外光或可見光等暴露于聚合物材料和有機材料，有機-無機復合材料，或含有這些材料的組分和產品導致的光降解特性，使用無電極等離子體作為光降解測試的光源，在短時間內進行材料和產品的光降解導致的降解和損傷的評價或測試，其中無電極等離子體燈富含紫外光和短波可見光，但基本上不含紅外光。
[0151]盡管結合特定實施例描述了本發明，應理解，在不背離本發明的范圍的情況下，可以做出各種修改和變化。因此，本發明的范圍并不限于此處闡述的實施例，而應由所附權利要求及其等同物確定。
【權利要求】
1.一種加速光降解的測試裝置，用于通過含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導降解的光測量材料或產品中光降解導致的降解，其特征在于，所述裝置包括: 用于使用至少一個無電極等離子體光源照射光的光照射單元； 用于收集從所述光照射單元發出的光并將光均勻照射到材料或產品試樣表面的聚光單元；以及 用于固定所述試樣的試樣架，其中所述試樣架固定在預定的位置或轉動。
2.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述光照射單元使用至少一個無電極等離子體光源照射光，其中所述無電極等離子體光源在紫外光和約300-500nm范圍內的短波可見光區域具有太陽光模擬特征。
3.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，進一步包括: 連接至多個無電極等離子體燈并用于將光照射至所述試樣架所處的試樣室的多個光管，其中各個光管為管子的形狀，包括對管子的內部約90%以上的紫外光反射率的材料； 包括所述試樣室的試樣室分隔壁，其中各個光管垂直插入到多邊形或圓形的所述分隔壁的每一側，所述分隔壁被設置成從多個無電極等離子體光源向所述試樣架的一側照射光; 用于向所述試樣噴水的噴水嘴，其中水從所述試樣架的外部噴出；以及 用于調節所述試樣室 溫度和濕度的空調單元。
4.根據權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述光管用石英玻璃板裝飾，所述石英玻璃板在插入到所述試樣室的橫截面或兩側涂覆有防霧劑或防水涂層。
5.根據權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，進一步包括:浸泡單元，用于將所述試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并將所述試樣在超聲波振動水箱中浸泡一段預定時間。
6.一種使用無電極等離子體光源的加速光降解測試裝置，其特征在于，所述裝置包括: 用于接收控制命令的用戶界面； 控制單元，用于基于所述控制命令進行加速光降解測試，并以一定波長或波長范圍帶測量照射到所述試樣的表面的紫外光強度； 光照射單元，用于在所述控制單元的控制下，使用至少一個無電極等離子體光源照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導降解的光；以及 用于固定所述試樣的試樣架，其中所述試樣架固定在預定的位置或轉動，以便在所述控制單元的控制下將光均勻照射到所述試樣。
7.根據權利要求6所述的測試裝置，其特征在于，所述光照射單元包括多個透光棒，連接至多個無電極等離子體光源，用于將光透射至所述試樣架所處的所述試樣室， 各個所述透光棒具有光管或光棒的形狀，垂直插入到多邊形或圓形的試樣室分隔壁的各個段。
8.根據權利要求6所述的測試裝置，其特征在于，所述控制單元用于控制空調單元，調節所述試樣室的溫度和濕度，并從周期性地或連續性地測量紫外光照射量的紫外光輻射計接收紫外光照射量，以便控制所述光照射單元，維持恒定的紫外照射強度。
9.根據權利要求6所述的測試裝置，其特征在于，進一步包括浸泡單元，用于將所述試樣架移入或落入裝滿水的水箱，并在所述控制單元的控制下，將所述試樣在超聲波振動水箱中浸泡一段預定時間。
10.一種使用無電極等離子體光源的加速光誘導降解測試方法，其特征在于，所述方法包括: 在加速光誘導降解測試裝置的控制單元從用戶界面接收控制命令； 基于所述控制命令，使用至少一個無電極等離子體光源向試樣照射含有紫外光和可見光的模擬太陽光誘導降解的光； 在試樣室中將試樣固定在預定的位置或轉動；以及 識別所述試樣室的溫度、濕度和紫外光照射量并調節識別的值至預定參考。
11.根據權利要求10所述的測試方法，其特征在于，所述向試樣照射光包括使用在紫外光和約300-500nm范圍內的短波可見光區域具有太陽光模擬特征的至少一個無電極等離子體光源照射光。
12.根據權利要求10所述的測試方法，其特征在于，所述向試樣照射光包括在聚光單元收 集從所述至少一個無電極等離子體燈發出的光并將收集的光照射到所述試樣的表面。
【文檔編號】G01N21/71GK104053982SQ201380005693
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年1月16日 優先權日:2012年1月16日
【發明者】邊斗鎮 申請人:韓國化學研究院