土工合成材料抗紫外老化性能試驗(yàn)熒光紫外燈法

1范圍

本文件描述了土工合成材料在熒光紫外老化試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行抗紫外老化的試驗(yàn)方法及老化前后性能的測(cè)定。

本文件適用于各類土工合成材料。

注:本方法的應(yīng)用及局限性見(jiàn)附錄A。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文件,僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。

GB/T 3923.1紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)GB/T 13760土工合成材料取樣和試樣準(zhǔn)備

GB/T 15788土工合成材料寬條拉伸試驗(yàn)方法

GB/T 17689土工合成材料塑料土工格柵

GB/T 19466.6塑料差示掃描量熱法(DSC)第6部分:氧化誘導(dǎo)時(shí)間(等溫OIT)和氧化誘導(dǎo)溫度(動(dòng)態(tài)OIT)的測(cè)定

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

輻照度irradiance

規(guī)定波長(zhǎng)范圍的單位面積的輻照通量。

注:單位為瓦特每平方米(W/m2)。

3.2

人工加速老化artificialaccelerated weathering

材料在實(shí)驗(yàn)室老化設(shè)備中暴露,結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、性能逐漸劣化的現(xiàn)象。

4原理

在可控制環(huán)境的人工加速老化設(shè)備中進(jìn)行試樣的暴露試驗(yàn),模擬自然條件下紫外輻射、熱、濕度和/或水對(duì)材料的老化作用。通過(guò)測(cè)定試樣人工加速老化前后相關(guān)性能(如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等)并計(jì)算其性能保持率,以表征材料的抗紫外老化性能。

5試驗(yàn)設(shè)備

5.1熒光紫外老化試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造

熒光紫外老化試驗(yàn)機(jī)應(yīng)由惰性材料制成,安裝有光源、輻照度傳感器、溫度計(jì)、潤(rùn)濕系統(tǒng)和試樣架,具備控制輻照度、溫度以及形成冷凝、噴淋(可選)的功能。示意圖見(jiàn)圖1。

標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明:

1—箱體;

2—光源;

3—噴淋裝置(可選);

4—溫度計(jì);

5—試樣架;

6—水蒸氣;

7—冷卻空氣;

8—水源;

9—水加熱裝置。

圖1典型熒光紫外老化試驗(yàn)機(jī)構(gòu)造示意圖

5.2光源

5.2.1熒光紫外燈發(fā)射光譜中紫外區(qū)域(即400 nm以下)的輻射至少占總輻射輸出80%的熒光燈。本文件中所用的熒光紫外燈有以下兩種類型。

—UVA-340熒光紫外燈:在300 nm以下的輻射低于總輻射輸出的1%,并在343 nm處有發(fā)射峰峰值,用來(lái)模擬300 nm~340 nm的太陽(yáng)輻射。UVA-340熒光紫外燈的相對(duì)光譜分布應(yīng)符合附錄B中表B.1的要求,典型的UVA-340熒光紫外燈與基準(zhǔn)光譜在250 nm~400 nm范圍內(nèi)的光譜輻照度對(duì)比見(jiàn)圖B.1。

—UVB-313熒光紫外燈:在300 nm以下的輻射大于總輻射輸出的10%,并在313 nm處有發(fā)射峰峰值。UVB-313熒光紫外燈的相對(duì)光譜分布應(yīng)符合表B.2的要求,典型的UVB-313熒光紫外燈與基準(zhǔn)光譜在250 nm~400 nm范圍內(nèi)的光譜輻照度對(duì)比見(jiàn)圖B.2。

注:UVB-313熒光紫外燈能大量發(fā)射低于295 nm的輻射,有利于加快試樣的老化速度,但可能導(dǎo)致自然環(huán)境中不會(huì)發(fā)生的老化過(guò)程。

5.2.2光源應(yīng)為一個(gè)或多個(gè)相同類型的熒光紫外燈。

5.2.3光源的位置應(yīng)正對(duì)試樣,確保試樣暴露區(qū)域任何位置的輻照度至少為此區(qū)域最大輻照度的70%。

5.2.4如果試樣暴露區(qū)域內(nèi)任何位置的輻照度小于最大輻照度的90%,則應(yīng)對(duì)試樣進(jìn)行周期性的位置變換,以減少輻射量的差異。先將最右側(cè)的兩個(gè)試樣夾移到暴露區(qū)域的最左側(cè),再將其他試樣依次移到右側(cè),如圖2所示。

圖2試樣位置變換示意圖

5.2.5如果試樣暴露區(qū)域內(nèi)任何位置的輻照度至少為最大輻照度的90%,無(wú)需對(duì)試樣進(jìn)行周期性的位置變換。

5.3輻照度傳感器

輻照度傳感器應(yīng)安裝在能夠獲得與試樣表面相同輻照度的位置,可監(jiān)測(cè)和控制試樣接收的輻射能量。

5.4溫度計(jì)

本文件中所用的溫度計(jì)有以下兩種類型。

—黑板溫度計(jì)(BPT):由一塊耐腐蝕金屬平板組成。平板正對(duì)輻射源的一面應(yīng)涂覆有良好耐老化黑色涂層。熱敏元件固定在平板正對(duì)輻射源一面的中心位置。平板背對(duì)輻射源一面暴露在空氣中。

—黑標(biāo)溫度計(jì)(BST):由一塊厚度為0.5 mm~1.2 mm的不銹鋼平板構(gòu)成。平板正對(duì)輻射源的一面應(yīng)涂覆有良好耐老化黑色涂層。熱敏元件固定在平板背對(duì)輻射源一面的中心位置,同時(shí)熱敏元件與平板之間應(yīng)保持良好的熱傳導(dǎo)。平板背對(duì)輻射源一面安裝在一塊襯板上,襯板材質(zhì)為厚度5 mm的未填充聚偏氟乙烯(PVDF)。

5.5潤(rùn)濕系統(tǒng)

5.5.1應(yīng)提供使試樣表面均勻潤(rùn)濕的方法,可通過(guò)冷凝裝置、噴淋裝置(可選)實(shí)現(xiàn)。

—冷凝裝置:使試樣的暴露表面(正面)形成明顯凝露。冷凝裝置通過(guò)加熱水使熱空氣和蒸汽混合物充滿腔室,試樣背面受空氣對(duì)流冷卻,蒸汽在試樣正面凝結(jié)。

—噴淋裝置:使水霧均勻噴灑在試樣暴露表面。

5.5.2用水純度要求:

—冷凝裝置用水:自來(lái)水或去離子水;

—噴淋裝置用水:電導(dǎo)率低于5μS/cm,不溶物含量小于1 mg/L,二氧化硅含量低于0.2 mg/L,不應(yīng)在試樣表面留下可見(jiàn)的污漬或沉積物。

5.6試樣架

試樣架應(yīng)由不會(huì)對(duì)暴露結(jié)果產(chǎn)生影響的惰性材料制成,放置有合適的試樣夾固定土工合成材料試樣。

6試樣

6.1按GB/T 13760中規(guī)定準(zhǔn)備試樣,試樣暴露面積應(yīng)滿足相關(guān)性能試驗(yàn)要求。

6.2試樣應(yīng)制備兩組。一組作為老化組試樣,進(jìn)行熒光紫外暴露;一組作為對(duì)照組試樣,不進(jìn)行熒光紫外暴露。兩組試樣應(yīng)在材料縱、橫向的同一軸線上鄰近位置制備,示意圖見(jiàn)圖3。試樣數(shù)量、尺寸及制樣方法根據(jù)熒光紫外老化前后需進(jìn)行的性能試驗(yàn)參數(shù)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)確定。表1給出了常見(jiàn)土工合成材料的性能試驗(yàn)參數(shù)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

圖3試樣制備示意圖

表1性能試驗(yàn)參數(shù)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

7試驗(yàn)步驟

7.1將老化組試樣夾持或嵌入紫外老化試驗(yàn)機(jī)試樣夾,放置于試驗(yàn)機(jī)的試樣架上,試樣應(yīng)不受任何外加應(yīng)力。試樣架未放滿區(qū)域應(yīng)放置空白試樣夾。土工復(fù)合材料試樣暴露面應(yīng)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中材料暴露面一致,使暴露面正對(duì)光源。對(duì)照組試樣應(yīng)避光存放備用。

7.2根據(jù)表2或相關(guān)方協(xié)商的試驗(yàn)條件設(shè)置熒光紫外老化試驗(yàn)機(jī),滿足條件后開始抗紫外老化性能試驗(yàn)。

表2紫外老化試驗(yàn)條件

7.3將熒光紫外暴露完成的老化組試樣與對(duì)照組試樣置于相同環(huán)境中進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。

7.4對(duì)老化組試樣與對(duì)照組試樣的性能進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

8試驗(yàn)結(jié)果

按式(1)計(jì)算熒光紫外老化性能保持率,精確至一位小數(shù)。

RT=Te/Tc×100%……………………(1)

式中:

RT—熒光紫外老化性能保持率;

Te—老化組試樣的性能試驗(yàn)結(jié)果;

Tc—對(duì)照組試樣的性能試驗(yàn)結(jié)果。

注:短時(shí)間的熒光紫外暴露可能改變土工合成材料微觀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致熒光紫外老化性能保持率大于100%。

9試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容:

a)本文件編號(hào);

b)紫外老化試驗(yàn)條件;

c)試樣描述;

d)性能試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果;

e)任何偏離本文件的細(xì)節(jié);

f)試驗(yàn)起止時(shí)間。 

附錄A (資料性)應(yīng)用及局限

A.1與日光下自然暴露相比,熒光紫外老化試驗(yàn)采用較短時(shí)間評(píng)估土工合成材料的抗紫外老化性能。A.2土工合成材料的老化受使用環(huán)境中光降解、化學(xué)腐蝕、氧化、應(yīng)力等多種因素影響,本文件僅模擬日光的紫外波段輻射、溫度和濕潤(rùn)條件導(dǎo)致的老化,不能全面反映其工程應(yīng)用中的真實(shí)表現(xiàn)。

A.3熒光紫外老化試驗(yàn)與自然暴露的相關(guān)性受諸多因素影響,包括:實(shí)驗(yàn)室光源與太陽(yáng)光光譜分布存在差異;實(shí)驗(yàn)室使用高于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的輻照度;實(shí)驗(yàn)室光源的暴露周期試驗(yàn)可能沒(méi)有暗周期;與實(shí)際不符的試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)濕度;不同地區(qū)以及同一地區(qū)不同時(shí)間自然暴露試驗(yàn)(氣候、云層遮蓋、空氣污染、緯度、入射角度)存在顯著差異;其他實(shí)際使用條件(生物因素、污染物或酸性降雨等)的缺乏等。上述因素不利于將兩種暴露試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)聯(lián),因此本文件試驗(yàn)結(jié)果與自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的比對(duì)建議謹(jǐn)慎解釋。

附錄B(規(guī)范性) 熒光紫外燈光譜分布

B.1表B.1給出了UVA-340熒光紫外燈相對(duì)光譜分布,表B.2給出了UVB-313熒光紫外燈相對(duì)光譜分布。

表B.1 UVA-340熒光紫外燈的相對(duì)光譜分布a,b

表B.2 UVB-313熒光紫外燈的相對(duì)光譜分布a,b

表B.2 UVB-313熒光紫外燈的相對(duì)光譜分布a,b(續(xù))

B.2圖B.1給出了典型UVA-340熒光紫外燈與基準(zhǔn)太陽(yáng)輻射對(duì)比的光譜輻照度圖,圖B.2給出了典型UVB-313熒光紫外燈與基準(zhǔn)太陽(yáng)輻射對(duì)比的光譜輻照度圖。

圖B.1典型UVA-340熒光紫外燈與基準(zhǔn)太陽(yáng)輻射對(duì)比的輻照度 

圖B.2典型UVB-313熒光紫外燈與基準(zhǔn)太陽(yáng)輻射對(duì)比的輻照度