阳光辐射标准求助

俱兴

最近客户要求公司对户外安装的仪表进行阳光照射实验，要求5年不变色。可是查找了GB2423.24等标准，只是列出了试验等级，没有对验收标准给出说明，也没有试验时间和实际使用时间对等效果的一个比对。我们这个仪表行业现在刚刚开始要求做这方面的工作，没有可以参考的经验资料。求助各位是否有类似的阳光辐射试验的验收标准或比对准则供参考，尤其是对塑料件的最好，比如户外环保垃圾桶或者汽车仪表盘这样的类似标准。先谢谢了！

yizhiying

顶起来，坐沙发等高手！

俱兴

听说类似的标准有ISO105-A02，哪位大大有共享一下啊！谢谢了！

俱兴

好像还有GB2409，论坛元老，标准大王们，该你们发挥了啊！

robertchen1982

IEC68-2-9太阳辐射试验指引
IEC68-2-9Guidanceforsolarradiationtesting

前言
本指引描述之模拟方法系用来查验位于地球表面之组件及装备对太阳辐射的效应。在此所仿真环境的主要特征为控制温度条件下之地表太阳光谱能量分布(spectralenergydistribution)及吸收的能量强度(intensityofreceivedenergy)。太阳辐射(包括天空辐射)与其它环境如温度、湿度、空气速率等的复合亦必须考虑。
试验用辐射源之辐照度及光谱分布
•        辐照度(irradiance)
当地球位于日地平均距离(meanearth-sundistance)时，大气上界与太阳光束相垂直表面上的太阳辐照度，称为太阳常数(solarconstant)E0。
地表之辐照度受太阳常数及辐射在大气中衰减与漫射的影响。为了执行试验，CIE编号20之文件对地表由太阳及天空之全辐射的给定值为1.120kW/m2，此值系以太阳常数E0=1.35kW/m2为基准所得。
•        光谱分布(spectraldistribution)
本试验规定之全辐射标准光谱分布(CIE所建议)，请参考IEC68-2-5之表1。当只考虑热效应时，可使用钨丝灯泡。但须了解钨丝灯泡与自然太阳辐射之光谱分布并不相同(如图1所示)，且辐照度必须调整。
•        其它光谱分布之辐照度
假如试验使用之辐射源的光谱分布与IEC68-2-5中表1所给之标准光谱分布不同时(例如使用钨丝灯时)，辐照度必须调整，以使试件所受辐射之热效应与太阳及天空之全辐射所致相同。此外，试件由试验辐射源吸收之辐射须与由太阳及天空吸收之全辐射量相同，即：
　        　        　
　
其中        　        　
Eex：        试验辐射源之辐照度        　
　　aex：        试件在试验源辐射下之吸收因子        　
aes：        试件在太阳及天空之全辐射下之吸收因子        　
试验程序及时间
执行本试验时，必须考虑暴露时间以及应该连续暴露或可间歇暴露。三个可能的程序如下(参考IEC68-2-5图1)：
•        程序Ａ
每循环24小时，其中8小时连续照射，16小时保持黑暗，依需求重复执行(此程序提供之全辐射量为每日循环8.96kWh/m2，约近似于自然条件之最严厉状况，适用于热效应之评估)。
•        程序Ｂ
每循环24小时，其中20小时连续照射，4小时保持黑暗，依需求重复执行(此程序提供之全辐射量为每日循环22.4kWh/m2，适用于退化效应之评估)。
•        程序Ｃ
依需求连续照射(此程序为最简化之试验，当循环式热应力之效应不重要及只评估光化学效应时适用，亦可用来评估低热容试件之加热效应)。
试验位准(辐照度)为1.120kW/m2±10%。利用提高辐射位准使试验加速的方式并不适当。如前述，程序A配合一天8小时的标准辐射条件暴露，其模拟之全日辐射量约近似于自然条件之最严厉状况。也就是说，超过8小时的暴露时间就可导致对自然条件的加速。然而，程序C中的每日连续暴露24小时可能会掩盖了循环式热应力的退化效应，所以一般并不建议采用此程序。
试验时间视试验目的而定。当关注焦点仅为加热效应时，3循环便足够(大型装备可能需要较长时间以便内部达到最高温度)。若退化效应为评估重点时，则需要较长的试验时间。
其它须考虑之环境因子
•        试验箱内温度
试验箱内温度在照射及黑暗周期均须依程序(A、B或C)的规定控制。依据组件或装备之未来使用状况，相关规范应说明在辐射照射期间温度需达到40℃或55℃。
•        湿度
不同的湿度条件会明显的影响材料、涂料及塑料等的光化学退化。个别需求必须在相关规范中明确说明，例如根据程序B，在试验开始可规定一4小时的湿热(40±2℃及93±3％相对湿度)周期。
•        表面污染
灰尘及其它表面污染物可能明显改变被照射表面之吸收特性。除非有其它需求，否则试件应该在干净的条件下试验。然而，假使要评估表面污染的效应，则相关规范需说明试件表面准备的必要信息。
•        臭氧及其它污染气体
短波长紫外线试验源产生的臭氧，正常状况会沿着用来修正光谱能量分布之辐射滤光板排出试验箱。当臭氧及其它污染气体会明显影响特定材料的退化过程时，将这些气体排出试验箱是重要的，除非相关规范有特别的需求。
•        空气速率
吹过试件的气流可能产生冷却效应，此点会导致监测辐射强度的开放型热电堆(thermopile)产生误差。低至每秒1公尺速率的气流亦可能导致温升减少超过20%。因此，控制及量测气流速率(应该尽量小)与适当的控制温度是一样重要的。利用适当的加热及冷却试验箱壁以调整试验箱内温度的方法可避免高空气速率需求。
然而，实际上在高太阳辐射的条件下很少是没有风的。所以，评估不同空气速率吹过试验中组件或装备的效应是有其必要的。相关规范中必须说明这方面的特殊需求。
•        支撑及固定姿态等
因为支撑材料的热传特性及固定的方法可能明显的影响试件的温升，所以这些参数必须小心考虑。试件可能需要固定在提高的支撑架上或特定性能的支撑材料如一定厚度的混凝土层或特定热传导率的沙床等。支撑材料、固定方法及试件姿态在相关规范中需详细规定。
•        辐射源
通则:
辐射源可能包括一个或多个灯泡以及其它附属光学组件如反射器、滤光板等，以便提供需求之光谱分布及辐照度。
高压氙气弧光灯配合滤光板最符合实际太阳辐射。水银蒸气灯及氙气水银灯与实际太阳辐射相比有相当程度的不足而导致试验误差。经过特殊电极处里的碳弧光灯已被广泛使用，但存在稳定性及维护的困难，因此一般并不偏爱。假使只考虑热效应时可采用钨丝灯泡，但在紫外线部份完全不足，所以要评估光化学效应时不可使用。
氙气灯(xenonlamp):
氙气灯之结构及大小视试验需求而定。氙气电弧的典型光谱分布如图2所示。然而，直接由热电极产生之辐射亦需考虑，此效应在短电弧比长电弧大且对光谱的符合有相当大的影响，因为由电极产生的辐射大部份为红外线。氙气电弧辐射的相对光谱分布已被发现实质上与灯泡的功率无关。然而，灯泡功率的变化会改变电极的温度也因此改变此部份辐射的光谱分布。长电弧灯泡要遮蔽电极辐射相对而言较简单。而短电弧灯泡的构造导致其比长电弧灯泡的制造公差大很多，此点在需要更换灯泡时是特别重要的。
因为灯泡的放射会随着寿命连续改变，且灯泡与灯泡间的寿命特性有相当大的变异，所以不管灯泡的型式为何，例行的更换是必要的。由于氙气是纯物质气体，所以如不管强度的变异，电弧辐射的相对光谱分布是维持不变的。
钨丝灯(tungstenfilamentlamp):
由于紫外线辐射不足，所以钨丝灯不适合用来执行以退化为目的的试验。以热效应而言，除非考虑了光谱能量分布与自然太阳辐射间所存在的差别，否则试验结果亦可能发生严重的差异。典型的钨丝灯泡在温度2600ｏK之光谱分布曲线与自然太阳辐射比较如图1。钨丝灯泡之辐射能量主要集中在红外线部份，强度最大是在波长1.0mm处。而太阳能量则约50%集中在可见光及紫外线部份，即在波长小于0.7mm处。
碳电弧(carbonarc):
在一定的条件下，碳电弧可提供光谱分布与太阳相似的辐射，但须使用滤光板修正紫外线部份。此试验源易燃的自然特性造成缺乏精确的位置及不持久两个缺点。或许最大的缺点是碳电弧会烧光。既使小心的安排供给机构，也未必能够连续燃烧超过5小时。
水银蒸气灯(mercuryvapourlamp)
水银蒸气灯之辐射光谱缺乏红光及红外线部份，且在光谱中有一些非常高能量的线条。在日光浴室中，水银蒸气灯与钨丝灯已被同时使用。且水银－氙气联合的电弧辐射源亦已被用于环境试验用途。然而，因为水银电弧中极大的光谱线条，使得以此模拟太阳辐射源一般较不适合。
滤光板(filter):
液态滤光材有可能被煮沸及光谱特性长期会漂移等缺点，所以虽然基本上玻璃的正确重复性不如化学溶液，但目前优先选择仍是玻璃滤光板。对不同的板厚，有必要利用尝试错误法对不同的光密度(opticaldensity)进行补偿。玻璃滤光板为专利品，所以选择适用的滤光板时应咨询制造厂。滤光板的选择依据辐射源及其使用方法而定，例如一个氙气辐射源的最佳补偿方式是红外线及紫外线吸收式滤光板联合使用。
一些玻璃红外线滤光板若暴露在过量的紫外线辐射时，其光谱特性有快速改变的倾向；要避免此种恶化现象，可在辐射源及红外线滤光板间插入一紫外线滤光板。干扰型(interferencetype)滤光板对不想要的辐射以反射的方式替代吸收，因此较不会加热玻璃，一般比吸收型滤光板稳定。

robertchen1982

辐照度的均匀性
因为太阳与地球有一段距离，所以在地表之太阳辐射基本上为平行光束。而人工辐射源和工作表面相对较接近，所以必须提供聚焦的方法，使量测平面上得到均匀的辐照度，且在规定之范围内(1.120kW/m2±10%)。由于灯泡电极及支撑会产生阴影，所以上述要求对配抛物线型反光镜的短电弧氙气灯是很难达到的。此外，假如只有电弧本身位于反射镜的焦点，则白热化的阳极可在极低的色温下，产生相当大的辐射。固定在抛物线槽型反光镜的长弧光灯较容易达到均匀的辐射。不过，若使用很精巧的固装技术，一些短弧氙气灯也可在大表面上得到一定程度的均匀性。
一般建议辐射源摆在试验箱(柜)外，以避免因高湿度等因素造成光组件退化。此时必须考虑窗口材料的光谱透射比(transmittance)。
除执行如光电池(solarcell)及太阳追踪设施(solartrackingdevice)等特殊装备之试验外，一般正常状况辐射光束并不需要精密瞄准试件。一些为太空研究而发展的模拟技术可引用来执行地表太阳辐射试验。
使用仪器
辐照度量测:
最适合用来监测辐照度的仪器为一般用来量测水平面上太阳及天空辐射的日辐射强度计(pyranometer)，共有两种型式：
i.        Moll-Gorczinski日辐射强度计
Moll-Gorczinski日辐射强度计由14对大约长10mm宽1mm厚0.005mm的康铜、锰铜片焊接而成，并排列成14×10mm2的矩形。其"热接点"排成一平面，且用低热传导率的黑色涂料处理成一水平表面。"冷接点"端向下弯曲以便和大热容的铜板做较好的连接。在灵敏部位以两个同心的玻璃半球载在顶上。
ii.        Eppley日辐射强度计
Eppley日辐射强度计由两个0.25mm的银箔同心环组成，内环涂成黑色以吸收辐射而外环则涂成白色以反射可见光及红外线辐射。冷、热接点分别与白色、黑色同心环保持良好热接触，且装在充满干空气的76mm直径玻璃球内。
这些仪器均不会受试件或试验箱放射之长波红外线影响。
Kipp日辐射强度计:
Kipp日辐射强度计是由Moll-Gorczinski日辐射强度计修改而成，很多国家应用在气象用途上。Eppley日辐射强度计在美国应用最广泛。上述仪器的玻璃盖会截断波长超过3mm左右的辐射，此点对仅使用未加滤光板的钨丝灯时是相当重要的，必须加以修正。
光谱分布量测
由前述，强度的检查已可执行，但如果要对光谱特性做详细检查则较为困难。利用日辐射强度计配合特定的滤光板，可经由不昂贵的例行量测检查出光谱的较大改变。如要检查设备的详细分布特性，则需使用复杂的分光仪器(spectroradiometricinstrumentation)。
灯泡、反射镜及滤光板在一段时间后可能发生光谱特性改变，这会导致光谱分布严重超出允许之容差。由于制造公差，灯泡更换可能导致辐射位准与一开始之设定产生不可接受的改变。所以，例行监测是重要的，但于试验中若要监测试验设备内的详细光谱分布则是不可能的。
温度量测
因为高辐射位准的辐射热效应，适当的保护温度传感器是重要的，此点于量测试验箱内空气温度及监测试件／装备温度时均适用。
空气温度量测时，利用标准的Stevenson屏风以量测气象学上「阴影温度」(shadetemperature)的方法因为太麻烦所以不实用。较适合的方法是使用装于辐射保护用之白铜管内的热电偶。
当监测装备温度时，传感器(如热电偶)需安装在外箱的内表面，而不能装在外表面。监测试件受辐射表面的温度时，采用温度指示漆及蜡是不恰当的，因为其吸收特性与试件并不相同。
装备及试件之试验前准备
•        试验装备
试验前需确定试验装备的光学组件、灯泡、反射镜及滤光板等均系干净的。通过指定量测平面上的辐射位准在每次试验前需执行量测。其它环境条件，如周遭温度、湿度、空气速度等在试验过程中则需连续监测。
•        试件
试件固定方法及其相对于辐射方向的姿态，对加热效应有显着的影响。试件可能需要固定在提高的支撑架上或特定性能的支撑材料如一定厚度的混凝土层或特定热传导率的沙床等。所有上述支撑方式及试件姿态均须于相关规范中规定清楚。
试件表面须特别注意是否干净及是否符合相关规范要求。本试验对试件之加热效果受试件表面条件之影响甚巨。所以处理试件须相当小心，特别要避免油膜附着，且确定表面完工程序等均符合生产标准规定。
试验结果判读
•        符合规范
相关规范须说明试件试验后允许之性能改变程度。
•        与实地经验比较
各种材料及装备在阳光下的退化效应已有许多文献记载。任何在模拟条件下产生之差异均须调查。看系试件本身特有现象或是由试验装置及程序所造成。
•        短期效应
短期效应的主要关切项目为加热效应，其寻找的要点为有否局部过热现象。
•        长期效应
执行长期试验的目的为决定退化型式，并检视是否有初期快速改变及评估使用寿命。
•        热效应
试件或装备之表面及内部能达到之最高温度，视下列条件而定：
i.        周遭空气温度。
ii.        辐射强度。
iii.        空气速率。
iv.        暴露时间。
v.        产品本身之热性质，如表面反射率、尺寸、形状、热导系数及比热。
周遭温度只有35～40℃时，装备如完全暴露在太阳辐射下，其达到温度可能超过60℃。产品本身的表面反射率(reflectance)影响辐射造成的温升，完工表面由黑色改成有光泽的白色会使温度大大地降低。相反地，由于温度升高亦会导致原来为了降低温度而设计的完工表面产生退化。
大部分材料由于光谱反射因子随波长改变，所以当作反射器时须有选择性。例如，油漆对可见光的反射效率很高，但对红外线却是很差的反射器。此外，很多材料的光谱反射因子在可见光及接近红外线区域改变很剧烈。很重要的一点是，模拟试验用的辐射源光谱能量分布必须复制的接近自然太阳辐射，或是适当的调整辐照度使达到相同的加热效果。
材料退化
太阳辐射及温度、湿度改变等复合效应统称为"气候"(weathering)，且会导致"老化"(ageing)，最后会破坏有机材料(如塑料、橡胶、油漆及木材等)。
许多适用在温带地区的材料，已被发现不适用在热带条件下。典型的问题有油漆的退化及破损、缆线的胶皮裂开及褪色。
材料在气候条件下损坏，通常不是由单一反应引起，而是由数个不同型态反应同时发生，甚至造成交互作用。虽然太阳辐射主要是由紫外线造成光退化，然其效应在实务上亦很难和其它气候因子分离。一个例子是乙烯在紫外线辐射下的效应，当紫外线辐射单独存在时其效应不大，但在热环境时则明显变大。
不幸地，人为试验有时会产生在自然气候条件下不会发生的不正常损坏。通常都是由下述原因造成：
许多试验用辐射源的紫外线辐射，与自然太阳辐射的光谱能量分布有相当大的差异。
为了达到试验加速目的，而不当地提高紫外线辐射强度、温度、湿度等因子。
人为试验无法模拟所有自然气候因子。
危险性及人员安全
•        通则
执行太阳辐射试验的复杂装备，必须由熟练的试验人员操作及维护。这不仅是为了要确保试验的正确性，而且有各种健康及安全上的顾虑。
•        紫外线辐射
最明显需要防范的危险是在接近紫外线辐射区域的高强度辐射产生的伤害性。
在自然太阳光下，眼睛由于下面两个因素而受到保护，其一为阳光的高亮度，使得根本不可能直视它；且紫外线辐射大部份在大气中衰减。而这两种保护在人工辐射源下均不存在。所以眼睛必须利用太阳眼镜或视孔来保护，特别在设置试验装备时。必须警告所有试验人员，暴露在未滤光的弧光灯产生之辐射下，既使是很短时间也会使眼睛产生严重伤害。而且会使皮肤产生晒斑。Koller在其文献中指出，在美国的白人社会，太阳光中的紫外线辐射是造成皮肤癌的主因。因此，即使试验用之辐射源经过滤光，亦建议使用适当的防护衣以保护头部及手部。
•        臭氧及伤害性毒气
使用氙气及其它弧光灯所产生的另一个严重危害健康的事，为试验期间有毒的臭氧可能局部累积。臭氧产生最多的时间是灯泡刚开电时，其后会慢慢转变为氧气。使用强制空气冷却时，冷却空气须排至建筑物外。如此，可消除大部份臭氧产生之危害。臭氧浓度达到1.0～10.0ppm时，会导致头痛、鼻喉发炎及流泪。然而必须了解的是，臭氧浓度在0.1ppm以下就有毒性，此浓度比可由气味很容易分辨出的位准(0.5～1.0ppm)还低。所以必须使用适合的量测及侦测设备。
热及紫外线辐射对特定塑料(例如三聚氰胺制的塑料板)的复合效应会产生有毒气体。所以选择试验装置的材料时须特别注意。
•        灯泡爆破风险
使用高压氙气弧光灯为主要辐射源时，除非有完善的计划以处理电弧放电管，否则可能发生严重的意外。此类灯泡(不管冷、热或是新、旧)由于内压(灯泡冷时2～3个大气压，灯泡热时高达20个大气压)缘故，可能发生激烈爆破。
灯泡表面须无目视可见之灰尘及油污，因此定期使用清洁剂或酒精清理是必要的，清洁过程须使用棉手套及防护面具。当冷的灯泡储存时，其爆炸影响利用两片0.25mm厚的橡胶板就可限制住。使用多灯泡装备时，须特别注意以防范发生连锁反应。使用防护型玻璃板可达到保护及作为修正滤光器的双重目的。灯泡的个别记录必须保存，以便探测其不正常电压及电流。
•        电冲击
对电冲击应采取预防性正常的量测措施，特别是对与弧光灯同时使用的高电压点火系统。在一些氙气灯，电弧点火脉冲超过60kV，因此装置连锁(interlock)系统相当重要。

robertchen1982

刚开始学IEC60068－2的标准。看对你是否有用。
IEC68-2-9太阳辐射试验指引
IEC68-2-9Guidanceforsolarradiationtesting

俱兴

谢谢楼上，但是我还想了解一下，试验的验收标准，也就是说这样试验完了怎么样才算合格！不知是否能理解我的意思！

robertchen1982

robertchen1982

实验结束后不仅仅只能考虑实验样品表面是否变色。如上提到的，还需要考虑：
机械部件，特别是塑料部件，有没有退化导致功能失效或部分功能失效。
整个实验样品的全功能是否完整。