ASTM G154-2006《非金屬材料熒光紫外曝露設備的操作標準》

ASTM G154是使用熒光紫外線設備對非金屬材料進行曝露的測試方法

本測試方法是使用熒光紫外燈和冷凝裝置進行曝露測試的基本原則和操作程序，旨在再現(xiàn)材料曝露在陽光下(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量和控制的條件和曝光程序的方法，不能指定最適合要測試的材料的曝光條件。

1. ASTM G154范圍

1.1 本標準的內(nèi)容包括紫外熒光試驗的基本原理和操作程序。試驗利用紫外熒光和水來模擬一種老化效果，即材料在實際使用中曝露于太陽光(直接照射或透過玻璃)和潮氣(雨或露)時所發(fā)生的老化現(xiàn)象。本標準僅限于曝露條件的實現(xiàn)、測量和控制。附件中給出了一些曝露程序，但是，并沒有給出最適用于被檢測材料的曝露條件。

注1——G 151 給出了所有使用實驗室光源的曝露設備需要滿足的性能要求。這一標準代替了G 53，G 53 對用作紫外熒光曝露設備的裝置進行了非常詳細的描述。本標準涵蓋了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。本標準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)果的評價在具體材料對應的ASTM 標準和規(guī)范中給出。一般性的導則見標準G 151 和ISO 4892-1。更多的關于曝露后性能變化的試驗方法和報告的具體信息見ISO 4582。

1.4 數(shù)值以SI 單位制表示。

1.5 安全警告

1.6 本標準在技術上與ISO 4892-3 和ISO DIS 11507 相近。

2. ASTM G154引用標準

2.1 ASTM G154引用相關ASTM標準

 D3980、 E691、G113、 G151 

2.2 ASTM G154引用相關CIE標準

CIE-Publ. No.85

2.3 ASTM G154引用相關ISO標準

ISO 4582、ISO 4892-1、ISO 4892-3、ISO DIS 11507

3. 術語

3.1 定義——術語G 113 中給出的定義適用于本標準。

3.2 本標準中的定義——本標準中的“太陽光”等同于“日光”和“太陽輻照”，“全球”的定義同術語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現(xiàn)。

4.2 曝露條件可能會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間

4.2.5 光照時的溫度

4.2.6 潮濕時的溫度

4.2.7 光照/黑暗周期進行的周期數(shù)

4.3 同一型號試驗設備得出的試驗結(jié)果不宜進行比較，除非針對被測材料進行了設備間重現(xiàn)性驗證試驗。

4.4 不同型號試驗設備得出的試驗結(jié)果不宜進行比較，除非針對被測材料已經(jīng)確定了不同設備間的相關性。

5. 應用

5.1 本試驗設備的應用意在誘發(fā)材料在最終使用環(huán)境(包括太陽光紫外部分的影響、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)的潮濕對材料的影響。

注2——警告：G 151 中給出的警告適用于本標準。

5.2 本標準中僅規(guī)定了試驗參數(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，會帶來試驗結(jié)果的不同。因此使用本標準并不能提供一種可參比的結(jié)果，除非同時提供了符合第10 部分要求的具體的試驗條件。

5.2.1 建議在進行試驗時，同時曝露某種我們熟知其性能并能控制其性能的材料，作為一種標準或參比。建議每種材料在每次試驗時至少提供3 件試樣，以利于評價結(jié)果的統(tǒng)計。

6. 儀器

6.1 實驗室光源——光源為熒光紫外燈。很多種類的熒光紫外燈可用于本標準。不同熒光紫外燈光強和光譜的不同會造成試驗結(jié)果的很大不同。在檢測報告中應詳細描述所用熒光紫外燈的類型。不同的應用決定了該使用何種燈。熒光紫外燈的選用導則見附件X1。

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

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

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、試驗箱內(nèi)的溫度和實驗室室內(nèi)溫度等都會對樣品實際接收的輻照量產(chǎn)生影響。因此，建議使用輻照計來監(jiān)控輻照能量。

6.1.2 以下幾個因素會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造成透光度的改變。玻璃的老化會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影響輻照量。

6.1.2.3 所使用玻璃的厚度會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?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最大發(fā)射的名義上的特征波長(nm)。340 和351 對應的實際上的最大發(fā)射發(fā)生在343 和350nm 處。

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

注6——UVA-340 的主要用途是模擬太陽光紫外部分中的中短波長范圍。

6.1.3.2 UVA-351，模擬太陽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光紫外部分中的中短波長范圍。

6.1.3.3 UVB-313 的光譜輻照——UVB-313 的光譜能量分布應滿足表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)射出相當多的300nm 以下的輻照，而300nm 為名義上的太陽輻照的截至波長。這將會引發(fā)一些在戶外不會發(fā)生的老化現(xiàn)象。不推薦使用這種燈來模擬太陽光，見表3。

6.2 試驗箱——試驗箱的設計會千變?nèi)f化，但其應該由耐腐蝕的材料制作，有光源，并且能夠控制溫度和相對濕度。如果需要的話，還應該能實現(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)應按照制造商的建議進行。

6.3 儀器校準——為確保曝露相關儀器的標準性和準確性，應對相關儀器，如計時器、溫度計、濕球傳感器、干球傳感器，濕度傳感器、UV 傳感器和輻照計等進行定期校準，以確定試驗結(jié)果的重現(xiàn)性。如有可能，校準應該能夠追溯到國家或國際標準。校準方案和程序應該依據(jù)儀器制造商的指示。

表1 模擬太陽輻照的UVA-340 燈管的相對光譜能量分布的規(guī)定

A UVA-340 數(shù)據(jù)——所給出的范圍基于對不同老化所用的燈的光譜能量分布的測量，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 太陽光數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學厚度在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)——因為熒光紫外燈的主要發(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測量，僅是一種代表。

E 太陽光數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號出版物中的表4，某一表面的地球太陽輻照，測量條件為：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厚度在500nm 為0.1。

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

6.5 溫度計——隔熱的或非隔熱的黑板或白板溫度計均可使用。非隔熱的溫度計應用鋼或鋁制成。溫度計應滿足G 151 中的要求。

6.5.1 溫度計應該安裝在樣品架上，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 某些情況下會要求對試驗箱內(nèi)的氣溫進行控制。測量氣溫的溫度計的安裝和校準參照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——試驗箱可以設計為在一定條件下間歇性地向試樣表面噴水。噴水應該均

勻噴射在樣品表面。噴水的裝置應該由耐腐蝕的材料制備以避免污染所用的水。

6.6.1.1 對水的要求——噴水所使用的水的電導率應低于5μS/cm，固含量低于1ppm，不會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在樣品表面留下明顯的沉積物。應注意要保證所用水的二氧化硅含量低于0.1ppm。在蒸餾的基礎上再進行消電離和反滲透，就可以得到滿足要求的水。應報告所使用水的pH 值。對水質(zhì)的具體要求見G 151。

6.6.2 冷凝——試驗箱可以設計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蛟囼炏鋬?nèi)貫充熱蒸汽以在試樣表面形成凝露。

6.6.3 相對濕度——試驗箱可設計為能夠測量和控制箱內(nèi)的相對濕度。這些檢測和控制裝置應該避開紫外輻照。

6.7 樣品架——樣品架應該由耐腐蝕材料構(gòu)成并不會對試驗結(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 評估性能變化所需的儀器——ASTM 或ISO 中關于性能監(jiān)測所規(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不同老化所用的燈的光譜能量分布的測量，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 太陽光數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學厚度在300nm 為0.081，400nm 為0.62。這一范圍的確定綜合了透過單強窗玻璃的太陽輻照的最大和最小值。單強玻璃是ASTM 小組委員會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)——因為熒光紫外燈的主要發(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測量，僅是一種代表。

E 太陽數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號出版物中的表4，某一表面的地球太陽輻照，測量條件為：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厚度在500nm 為0.1。這一范圍的確定綜合了透過單強窗玻璃的太陽輻照的

最大和最小值。單強玻璃是ASTM 小組委員會G03.02 規(guī)定的研究用的玻璃。

7. 試樣

7.1 參照G 151。

8. ASTM G154試驗條件

8.1 可以采用任何試驗條件，只要在報告中著名。附件X2 中給出了一些常用的試驗條件。所給出的這些試驗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 標記每件試樣，要求記號不易擦去或退色，不能標記在需檢測的部位。

9.2 確定需要檢測的項目。試驗前，依據(jù)試驗雙方所確認的ASTM 標準或其它國際標準對試樣的適當性能進行檢測。如果需要(例如，性能檢測為破壞性的試驗)，可以利用留品來確定這些性能指標，詳見ISO 4582。

9.3 試樣的安裝——安裝上試樣架時，要求試樣不受任何應力。為確保曝露條件的均一性，試樣架應該裝滿，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——在對試樣的外觀和顏色變化進行評價時，應和保存在暗處的未進行曝露試驗的留樣進行比較來確定變化的程度和等級。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，因為雖然遮蓋起來的部分沒有收到紫外光的影響，但其同樣受到試驗箱內(nèi)溫度和濕度等很多因素的影響，這會影響試驗結(jié)果。

9.4 曝露于試驗條件下——選擇適當?shù)脑囼灄l件，并保證在規(guī)定試驗時間內(nèi)連續(xù)進行。試驗期間停機維護設備和中間樣品檢查的次數(shù)應該盡量少。

9.5 樣品位置調(diào)整——如果樣品最邊遠處所接收的輻照量不少于曝露區(qū)域中央所接收輻照量的90%，則沒有必要對樣品的位置進行定期調(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)域中央輻照量的70～90%，則采用以下三種方法來進行試樣位置的調(diào)整。

9.5.1.1 在曝露試驗過程中定期調(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)整方案應該由相關方協(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)所接收的輻照量為最大輻照量的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 汞線處能夠檢測到有發(fā)射波。這會對某些材料的結(jié)果造成影響。

B UVB-313 數(shù)據(jù)——所給出的范圍基于對不同老化所用的燈的光譜能量分布的測量，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)可能會有很大的不同，但具

有同樣的相對光譜能量分布。

C 太陽光數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)是在以下條件下測得的：水平表面，空氣質(zhì)量為1.2，臭氧柱為0.294atm cm，相對濕度為30%，海拔2100m(氣壓為787.8mb)，表征浮塵情況的光學厚度在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)——因為熒光紫外燈的主要發(fā)射集中在300-400nm 帶通，能得到的可見光的相關數(shù)據(jù)是很有限的，因此這一表格中的數(shù)據(jù)基于少量的測量，僅是一種代表。

F 太陽數(shù)據(jù)——太陽光的數(shù)據(jù)來自于CIE 第85 號出版物中的表4，某一表面的地球太陽輻照，測量條件為：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)，隨機地調(diào)整樣品的位置。

9.6 檢查——在進行定期檢查時，注意不要接觸或擾亂試樣表面。檢查后，試樣放回試驗箱時應保證其試驗表面的朝向應該和以前一致。

9.7 設備維護——要求對設備進行定期維護以保證其曝露條件的一致性。設備的維護和校準參照制造商的指示。

9.8 曝露試樣一定時間。詳細導則見G 151。

9.9 曝露結(jié)束后，參照ASTM標準或其它國際標準對適當?shù)男阅苓M行檢測，并依據(jù)G 151出具檢測報告。

注11——試驗周期和結(jié)果的評判在G 151 中有說明。

10ASTM G154報告

10.1 報告應符合G 151 的要求。