0 　IEC 68-2-5 :1975 標(biāo)準(zhǔn)背景及其廣(guǎng)泛(fàn)性(xìng)

IEC 68-2-5 :1975《實驗方法(fǎ)Sa :地(dì)麵(miàn)太陽(yáng)輻射(shè)模擬》是(shì)國際(jì)電工委員(yuán)會(huì)的一個環(huán)境測試實驗方(fāng)法(fǎ)。目前(qián)有(yǒu)很多電(diàn)子行業(yè)在(zài)引用(yòng)這個標準,對(duì)材(cái)料(liào)或產品進行(háng)耐候老化測試(shì),其(qí)中(zhōng)包(bāo)括空調，洗衣機，電腦，電視，手機，耳(ěr)機，廚衛電(diàn)器，太陽能(néng)等(děng)電工(gōng)電(diàn)子(zǐ)產品。

很(hěn)多廣泛使(shǐ)用(yòng)的(dí)國(guó)標也(yě)引用(yòng)了該標準(zhǔn),如(rú)GB/ T 2423. 24-1995《電工電子(zǐ)產品環境實驗第2 部分:實驗(yàn)方法(fǎ)實(shí)驗Sa : 模(mó)擬(nǐ)地(dì)麵上的(dí)太陽輻(fú)射(shè)》, GB/ T 2424. 14-1995《電(diàn)工電(diàn)子產品環(huán)境實(shí)驗第(dì)2 部分:實驗方法(fǎ)太(tài)陽(yáng)輻射實驗(yàn)導(dǎo)則(zé)》, GB/ T 5170. 9-1996《電工電子(zǐ)產品環(huán)境(jìng)實驗(yàn)設(shè)備(bèi)基本參(cān)數檢(jiǎn)定(dìng)方法太(tài)陽(yáng)輻(fú)射(shè)實驗(yàn)設備》等。

該(gāi)標準廣(guǎng)泛(fàn)用(yòng)於電子電(diàn)工產品的耐(nài)候性(xìng)測(cè)試, 主要(yào)利用(yòng)氙燈(dēng)光源,來(lái)加速模(mó)擬材料(liào)和產品在大(dà)氣(qì)環(huán)境(jìng)下(xià),因光照等因素的(dí)作用(yòng)而產生(shēng)的破壞。在(zài)解讀該(gāi)標準(zhǔn)之(zhī)前(qián),有必(bì)要了解(jiě)大氣(qì)環(huán)境(jìng)如何對材(cái)料(liào)和電(diàn)子(zǐ)電工(gōng)產(chǎn)品產生破壞的(dí)。

1 　材(cái)料耐候(hòu)性(xìng)老化(huà)測試原(yuán)理

1. 1 　戶(hù)外老化因素(sù)

老化(huà)損害主(zhǔ)要(yào)由3 個(gè)因(yīn)素引(yǐn)起:光(guāng)照(zhào),高溫(wēn)和潮濕。這3 個因素中(zhōng)的(dí)任一個都會引起材料老(lǎo)化(huà), 它們的(dí)共同作用,大於其中(zhōng)任一(yī)因素造成(chéng)的危(wēi)害(hài)。

1. 1. 1 　光(guāng)照(zhào)

高分(fēn)子材(cái)料的化學鍵對太陽(yáng)光(guāng)中(zhōng)不(bù)同(tóng)波段的(dí)光綫的敏(mǐn)感(gǎn)性(xìng)不同,一般對(duì)應(yīng)一個閾(yù)值,太陽光的短波(bō)段紫外(wài)綫是引(yǐn)起(qǐ)大(dà)部分聚(jù)合(hé)物(wù)物(wù)理性能(néng)老(lǎo)化的主要原(yuán)因(yīn)。然而(ér),對(duì)於某(mǒu)些顏料(liào)和(hé)染料(liào),長(cháng)波(bō)段紫外綫甚(shèn)至可(kě)見(jiàn)光也(yě)會(huì)對其(qí)產(chǎn)生破壞(huài),造(zào)成(chéng)變(biàn)色或(huò)褪(tuì)色。

1. 1. 2 　高溫

溫(wēn)度越高(gāo),化學(xué)反應(yīng)速(sù)度越快。老化反(fǎn)應是(shì)一種光致(zhì)化(huà)學反應(yīng),溫度不影響光(guāng)致(zhì)化(huà)學(xué)反應中(zhōng)的(dí)光(guāng)致反應速度(dù),卻影響後繼的化學反(fǎn)應速(sù)度(dù)。因此(cǐ)溫(wēn)度對(duì)材料老(lǎo)化(huà)的(dí)影(yǐng)響往(wǎng)往是(shì)非綫性(xìng)的。

1. 1. 3 　潮濕

水會(huì)直接參(cān)與材(cái)料(liào)老化反應。露(lòu)水,雨(yǔ)水及濕度是(shì)自然條(tiáo)件中水的幾個主(zhǔ)要表現形(xíng)式。研(yán)究(jiū)表明(míng),戶(hù)外材(cái)料每天(tiān)都(dū)將(jiāng)長時(shí)間處於(yú)潮(cháo)濕狀態(平(píng)均(jūn)每天(tiān)長達8～12 個(gè)小(xiǎo)時)  。而露水(shuǐ)是(shì)戶(hù)外潮(cháo)濕(shī)的主(zhǔ)要原因。露(lòu)水(shuǐ)造成(chéng)的(dí)危(wēi)害比雨水(shuǐ)更大,因(yīn)為它附(fù)著在(zài)材(cái)料上的(dí)時間(jiān)更(gēng)長,形(xíng)成更為(wéi)嚴(yán)酷的(dí)潮(cháo)濕侵蝕。對(duì)於戶內用(yòng)材料(liào),一般(bān)隻考慮相(xiāng)對濕(shī)度(dù)的(dí)影(yǐng)響。

1. 2 氙燈加速老化測(cè)試

1. 2. 1 　陽(yáng)光模(mó)擬

氙燈試(shì)驗(yàn)箱 可產生紫(zǐ)外(wài)綫(xiàn),可(kě)見(jiàn)光和紅(hóng)外(wài)綫,能夠很好(hǎo)地模擬(nǐ)全(quán)光譜太陽光(guāng)。

氙燈產(chǎn)生(shēng)的光譜用於測(cè)試前必須經過過濾(lǜ),減(jiǎn)少不需(xū)要(yào)的部(bù)分紫外光(guāng)譜(pǔ)。使用不同(tóng)類(lèi)型的(dí)玻璃(lí)濾光器可(kě)以(yǐ)得到不(bù)同的(dí)光譜。濾(lǜ)光器的(dí)使用取(qǔ)決(jué)於被測(cè)材(cái)料(liào)和產(chǎn)品(pǐn)最終(zhōng)使用條件(jiàn)。不同(tóng)的過濾器(qì)過(guò)濾的紫外綫(xiàn)的(dí)短波(bō)段的截止點(diǎn)不同(tóng),這將在很大程(chéng)度上(shàng)影(yǐng)響老化的速(sù)度(dù)和(hé)類(lèi)型。有三(sān)類經(jīng)常使用(yòng)的(dí)濾光(guāng)器(qì):日光過濾器(qì),窗玻璃(lí)過濾器(qì),紫(zǐ)外(wài)延(yán)展(zhǎn)過濾(lǜ)器,其中日(rì)光(guāng)過濾(lǜ)器(qì)可(kě)用(yòng)來模擬戶外(wài)直射太陽光(guāng)。

1. 2. 2 　輻照度(dù)控製

最(zuì)新(xīn)的(dí)氙燈試(shì)驗箱(xiāng)需(xū)裝備(bèi)有輻(fú)照度(dù)控製係(xì)統(tǒng), Q-Lab 公(gōng)司(sī)的Q-Sun 氙燈試驗(yàn)箱(xiāng)使用的是(shì)太陽(yáng)眼閉環控製(zhì)係(xì)統(tǒng),來(lái)提(tí)供穩定(dìng)的(dí)光(guāng)照強度。

在氙燈(dēng)測試(shì)係統內,輻(fú)照度(dù)控製非(fēi)常重要。氙燈光譜範圍從(cóng)295 nm 延伸到3 000 nm ,最新的標(biāo)準中要(yào)求,光強(qiáng)的控製(zhì)基(jī)於點控製(如(rú)ISO 11341- 2004 , ASTM G 155-05a , ISO 4892-2 :2003 等) ,控製點的選(xuǎn)擇則(zé)基(jī)於(yú)模擬(nǐ)環(huán)境(jìng)和檢(jiǎn)測材料(liào)性能的(dí)不同,對(duì)於戶外(wài)環(huán)境,檢測材料的物理性(xìng)能,一般采(cǎi)用340 nm 控(kòng)製(zhì)點;而對於(yú)室(shì)內環(huán)境,檢測(cè)材料的變(biàn)色(sè)和褪色,一般采用420 nm 控製點。

1. 2. 3 　溫(wēn)度控(kòng)製(zhì)

氙燈(dēng)測(cè)試設備中,溫(wēn)度的控製(zhì)很也(yě)重要,因為(wéi)溫度影響材料老(lǎo)化的速率(shuài)。氙燈試(shì)驗(yàn)箱一(yī)般(bān)是(shì)通(tōng)過黑(hēi)板(bǎn)溫(wēn)度(dù)計(jì)或黑標(biāo)溫(wēn)度計(jì)來(lái)精(jīng)確控製樣(yàng)品(pǐn)表(biǎo)麵(miàn)溫度。有(yǒu)些(xiē)型(xíng)號的(dí)氙燈試(shì)驗箱(xiāng)還(huán)能(néng)同(tóng)時控(kòng)製箱體空(kōng)氣溫度,以(yǐ)達到全麵(miàn)的曝(pù)曬(shài)環(huán)境溫(wēn)度(dù)控製。

1. 2. 4 　潮(cháo)濕模(mó)擬

氙燈試(shì)驗箱可以通過水(shuǐ)噴淋或(huò)濕度控製係統(tǒng)來模擬潮(cháo)濕的影響(xiǎng)。水噴淋可以模(mó)擬(nǐ)雨水(shuǐ)對(duì)戶外產(chǎn)品(pǐn)的(dí)熱衝(chōng)擊和(hé)應(yīng)力腐蝕。濕度會(huì)影(yǐng)響(xiǎng)某些戶(hù)內物(wù)品(比(bǐ)如某(mǒu)些(xiē)紡(fǎng)織(zhī)品或油(yóu)墨等(děng)) 發(fā)生老(lǎo)化(huà)的(dí)類(lèi)型(xíng)和速(sù)度,在(zài)此類材料的(dí)測試(shì)標準(zhǔn)中都建議控(kòng)製(zhì)相(xiāng)對(duì)濕(shī)度。

2IEC 68-2-5 :1975 標(biāo)準(zhǔn)的解(jiě)讀(dú)

結(jié)合(hé)第1 部分(fēn)幾(jī)個(gè)方(fāng)麵的(dí)描述(shù),我(wǒ)們從光譜，輻(fú)照(zhào)度，溫(wēn)度(dù)和(hé)濕度等方(fāng)麵(miàn)來分析IEC 68-2-5 : 1975 標準(zhǔn)對測試條件的要(yào)求(qiú)。

2. 1 　光(guāng)譜(pǔ)的定義

該標(biāo)準(zhǔn)的3. 1 節對(duì)實驗箱中(zhōng)光(guāng)譜的闡(chǎn)述: 從 280 nm 到3 000 nm 波(bō)長範圍(wéi)內(nèi), 輻照度(dù)為1. 120 kW/ m² ±10 %。同時指出,對光(guāng)譜的(dí)要(yào)求見(jiàn) IEC 68-2-9 標準,而IEC 68-2-9 標準(zhǔn)的2. 1 節中指出(chū)光譜的描(miáo)述(shù)援(yuán)引CIE No. 20 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)太陽光(guāng)光譜(pǔ)的定義。CIE No. 20 已(yǐ)於(yú)1989 年被(bèi)CIE No. 85 所替代。基於(yú)當(dāng)時的(dí)技術條(tiáo)件,沒有對太陽光譜(pǔ)作(zuò)更(gēng)細致的描述。CIE No. 85 中,以5 nm 或 10 nm為(wéi)間隔,更精確地(dì)描(miáo)述(shù)了太(tài)陽光的光譜,特別(bié)是(shì)UV 波(bō)段(duàn)光譜(pǔ)。如本文中1. 1. 1 和1. 2. 1 節(jié)所(suǒ)示(shì),紫外部分光譜的微小差異會給材(cái)料的(dí)老化(huà)性能測試(shì)結(jié)果(guǒ)帶(dài)來(lái)很(hěn)大的(dí)差別。而該標(biāo)準中(zhōng)的(dí)光譜分(fēn)布定義(yì)過(guò)於粗(cū)略(lüè)(見下(xià)表(biǎo)1) ,例如在UVB 波段(duàn) 0. 28～0. 32μm ,輻(fú)照(zhào)度的(dí)強度(dù)為5 W/ m² ,容差高(gāo)達±35 % ,而(ér)且沒有明確(què)光譜(pǔ)中(zhōng)紫(zǐ)外截止(zhǐ)點(diǎn)。而(ér) CIE No. 85 中(zhōng), 明確(què)描述(shù)太(tài)陽光的截(jié)止(zhǐ)點為(wéi) 0. 295μm(295 nm) ,以5 nm 為間隔(gé)分(fēn)別(bié)給出(chū)了(liǎo)各點(diǎn)的光(guāng)強。

考慮(lǜ)到CIE No. 20 已(yǐ)被CIE No. 85 光(guāng)譜(pǔ)所(suǒ)替代,所以我們在(zài)執行標(biāo)準時,應采用CIE No. 85 的光(guāng)譜,並使用(yòng)日光過濾(lǜ)器來過(guò)濾(lǜ)氙(xiān)燈(dēng)光源,實現(xiàn)對該標準(zhǔn)對(duì)光源的要求。日光(guāng)過濾(lǜ)器(qì)是(shì)用來(lái)模擬(nǐ)戶外(wài)直射(shè)太陽光最常用的(dí)氙燈(dēng)過濾(lǜ)係(xì)統(tǒng),經日光過(guò)濾器過濾(lǜ)的氙(xiān)燈光源(yuán),最接(jiē)近實際(jì)的戶外(wài)光照環境, 其(qí)光譜(pǔ)與太陽(yáng)光(guāng)光譜之(zhī)間的比較如(rú)圖1 所示(shì)。因(yīn)為780 nm 或(huò)800 nm 以(yǐ)上的紅外光(guāng)譜(pǔ)對於高分子材料的(dí)作用僅為(wéi)熱(rè)效(xiào)應,在(zài)有黑(hēi)板(bǎn)溫度控製的(dí)條件(jiàn)下,紅外(wài)光(guāng)譜往往不被(bèi)考慮。因(yīn)此,新(xīn)的光譜(pǔ)曲綫一般(bān)僅(jǐn)描述(shù)紫(zǐ)外(wài)和可(kě)見光部分。

帶(dài)有日(rì)光過濾(lǜ)器(qì)的Q2Sun 氙燈光(guāng)譜(pǔ)和(hé)CIE No. 85 標準太(tài)陽光光譜比(bǐ)較

表(biǎo)1 　標(biāo)準中的(dí)光(guāng)譜(pǔ)分布表

2. 2 　光強設(shè)定

IEC 68-2-5 :1975 中,對光強(qiáng)的設定(dìng)采用的是總光強的(dí)設(shè)定(dìng),在280 nm 到3 000 nm 波長(cháng)範圍內(nèi),輻照度是1. 120 kW/ m² ±10 %。然(rán)而這種光強(qiáng)圖1 　帶有(yǒu)日光過(guò)濾器的Q2Sun 氙燈(dēng)光譜(pǔ)和 CIE No. 85 標(biāo)準太陽(yáng)光光譜比(bǐ)較(jiào)的(dí)定(dìng)義(yì)沒(méi)有(yǒu)考慮到(dào)不(bù)同波(bō)段(duàn)光(guāng)綫對(duì)材料老化的(dí)差(chà)異(yì)性(xìng), 即波(bō)長(cháng)越(yuè)短對材料(liào)的破(pò)壞力越(yuè)強。 ±112 W/ m²的(dí)容差要(yào)求如(rú)果(guǒ)集(jí)中(zhōng)在(zài)短波長部分(fēn)將帶(dài)來幾倍至(zhì)幾十倍的老(lǎo)化(huà)結(jié)果(guǒ)差(chà)異,而對於(yú)紅(hóng)外(wài)波(bō)段(duàn),其(qí)老化結果的差(chà)異(yì)可(kě)以(yǐ)忽(hū)略不(bù)計。

新的(dí)標準中大多(duō)采用了(liǎo)定點控(kòng)製的(dí)方(fāng)法(fǎ),即(jí)采用(yòng)340 nm 或420 nm 定點控(kòng)製(zhì),考慮到IEC 68-2-5 :1975 模擬的(dí)是(shì)戶外直(zhí)射陽(yáng)光, 我們(mén)建議使(shǐ)用(yòng) 340 nm點(diǎn)控製(zhì), 而(ér)光強則采(cǎi)用(yòng)CIE No. 85 中(zhōng) 340 nm點的(dí)光強,即(jí)0. 68 W/ m2 @340 nm。值(zhí)得注意(yì)的(dí)是(shì),CIE No. 85 中(zhōng)的光譜是(shì)夏(xià)天中(zhōng)午的太陽光光譜,所以(yǐ)該(gāi)光強(qiáng)設定較(jiào)通常(cháng)條件光強高(gāo)很(hěn)多(duō)。為提(tí)高(gāo)實驗結(jié)果與實際條件的相(xiāng)關性, 很(hěn)多標準(zhǔn)通常采用(yòng)較(jiào)小的輻(fú)照度,如0. 55 W/ m2 @ 340 nm或更小(xiǎo)。

2. 3 　溫(wēn)度(dù)控(kòng)製

IEC 68-2-5 :1975 標(biāo)準(zhǔn)的4. 4 節中指出(chū),在光照(zhào)循(xún)環期間(jiān),箱體溫(wēn)度(the temperature within the enclosure) 為(wéi)40 ℃或55 ℃。在黑(hēi)暗循(xún)環(huán)期(qī)間(jiān),箱(xiāng)體溫度為25 ℃,但(dàn)標準中沒(méi)有(yǒu)明(míng)確(què)箱體內的(dí)溫度, 指的(dí)是箱(xiāng)體內的(dí)空氣(qì)溫(wēn)度(dù)還是(shì)箱體內的黑板(bǎn)溫度(dù)或黑標溫度(dù)。從(cóng)歷史(shǐ)技術背(bèi)景和溫度的(dí)設(shè)定值(zhí)來看(kàn),此處的溫度應(yīng)該指的(dí)是箱(xiāng)體空氣溫度(dù),我(wǒ)們可(kě)以(yǐ)考慮選(xuǎn)用(yòng)相同(tóng)的箱體(tǐ)空氣(qì)溫度來執(zhí)行(háng)此標準。然而(ér)相比(bǐ)箱(xiāng)體(tǐ)空(kōng)氣溫度(dù),黑板或(huò)黑(hēi)標溫度更(gēng)能(néng)代表樣品表麵實(shí)際溫度。如有(yǒu)可能(néng)建(jiàn)議將(jiāng)標準中(zhōng)的(dí)箱體空氣(qì)溫度設定(dìng)改(gǎi)為黑(hēi)板或(huò)黑標(biāo)溫(wēn)度設(shè)定。光(guāng)強為(wéi)0. 68 W/ m² @340 nm ,設(shè)定(dìng)40 ℃箱(xiāng)體(tǐ)空(kōng)氣(qì)溫度(dù)時,顯示的黑(hēi)板(bǎn)溫(wēn)度(dù)比設定的箱體(tǐ)空(kōng)氣溫度高約30 ℃,黑標溫度高(gāo)約(yuē)40 ℃。設(shè)定55 ℃箱體空氣溫度時,情(qíng)況(kuàng)也是類(lèi)似。可(kě)見樣(yàng)品的溫度(dù)要(yào)比標準中規(guī)定的“箱(xiāng)體溫度”高很(hěn)多(duō)。

2. 4 　濕度

IEC 68-2-5 :1975 標(biāo)準中既(jì)沒有(yǒu)提及對(duì)相對濕度(dù)的(dí)控(kòng)製也沒有(yǒu)涉及到(dào)運行(háng)噴淋循環。執(zhí)行該(gāi)標(biāo)準(zhǔn)時,可(kě)以不控(kòng)製(zhì)相對濕度(dù)。通常條(tiáo)件下,沒有(yǒu)加濕裝(zhuāng)置(zhì)的氙(xiān)燈設(shè)備中(zhōng),其相(xiāng)對(duì)濕(shī)度較(jiào)低(dī),一般(bān)情(qíng)況下(xià)小(xiǎo)於30 %。

對於暴(bào)露(lòu)於雨，露等戶(hù)外條(tiáo)件(jiàn)或戶內高濕(shī)條件下的產品,測試時則需要(yào)考(kǎo)慮濕度和噴淋條件。

3 　結(jié)論及建議

IEC 68-2-5 :1975 標準(zhǔn)在(zài)電子行業(yè)應用(yòng)很(hěn)廣泛,執(zhí)行(háng)該(gāi)標準(zhǔn)時,可采用:Daylight-Q 日(rì)光過濾器(qì),0. 68 W/ m² @340 nm 的(dí)輻(fú)照度,光(guāng)照(zhào)循(xún)環時箱(xiāng)體空氣(qì)溫度設(shè)定(dìng)為(wéi)40 ℃或55 ℃,黑(hēi)暗循(xún)環(huán)時(shí)箱(xiāng)體(tǐ)空氣(qì)溫度(dù)設定(dìng)為25 ℃。

但(dàn)因為該(gāi)標準(zhǔn)發(fā)布於1975 年,且(qiě)至(zhì)今未(wèi)作更新,在(zài)技(jì)術方麵存(cún)在(zài)一(yī)定的(dí)局(jú)限性(xìng)。如有(yǒu)可能建議(yì)作以(yǐ)下(xià)修改,選擇(zé)CIE No. 85 光譜(pǔ),Daylight2Q 日光過濾器,0. 55 W/ m² @340 nm 的輻照度(dù),選(xuǎn)擇(zé)合適的黑板(bǎn)溫(wēn)度並(bìng)加入水噴淋循環或/ 和相對(duì)濕度(dù)控製(zhì)。