聚合物人工氣候箱老化試驗中大多數光源(如氙燈、熒光紫外燈、碳弧燈)都會(huì )由于生產(chǎn)廠(chǎng)家、批號、型號等的不同,或由于使用過(guò)程中光源本身的老化而造成光源的輻射強度不同或不穩定。為了校準光源,或者作為不同光源輻射強度的比較,美國早在1963年就制定了ASTM D749,當時(shí)是作為橡膠老化試驗的光源的光源的校準方法,但很快就被推廣應用于包括太陽(yáng)光在內的所有光源的能量的測定比較。
光源校準方法通常稱(chēng)為“草酸雙氧鈾露光法”,或簡(jiǎn)稱(chēng)“化學(xué)露光法”。它主要是測定光源的紫外線(xiàn)輻射強度。其原理是:以硫酸雙氧鈾存在下水溶液各的草酸受光作用而發(fā)生分解的現象為依據,而其分解速度本質(zhì)上與光源強度及總輻射量成正比。試驗裝置及方法如下。
1. 感光器及外盒
感光器可用石英玻璃圓窗與派勒克斯或柯勒克斯(Corex D)玻璃燒制成內徑5cm、內高1cm的圓筒體,石英窗厚度1.5cm,并以一根 Ф 6cm、長(cháng)1cm的玻璃管熔接于圓筒壁上,以作感光液的出入口。外盒由內涂黑漆的不透光的金屬片等制成大小相符的盒子,暴光時(shí)石英窗的一面可開(kāi)啟。
2. 試劑
①.試劑純度:均用試劑級化學(xué)品。其他等級的試劑應首先確定有足夠高的純度且不降低測定的度方可。
②.水的純度:可比ASTM D1193規定,用試劑的水。
③.感光液:在水中溶入6.3g結晶草酸(H 2 C 2 O 4 .2H 2 O)和4.2g硫酸雙氧鈾(UO 2 SO 4 .3H 2 O),稀釋至1L(此溶液中草酸濃度應為0.1N)避光貯存。標定方法為:準確取50ml溶液,用20~25ml水稀釋?zhuān)⒂?span lang="EN-US">5mlH 2 SO 4 (1:3)加以酸化。蓋緊避光加熱(水?。┲?span lang="EN-US">95℃,以高錳酸鉀(KMnO 4 )溶液(3.16g/L)滴定之。以轉變?yōu)槌壬以谠跀嚢柘戮S持30秒為終點(diǎn)(貯存60天以上的感光液也應重新標定)。
④. 滴定液:溶解3.16g KMnO 4 于水中,稀釋至1L。放置于暗處至少1周,然后以玻璃纖維濾布進(jìn)行過(guò)濾,存于防光的玻璃塞瓶中,并以草酸鈉溶液進(jìn)行標定。
⑤.硫酸(1:3):在充分攪拌下把1容積H 2 SO 4 (相對密度為1.84)緩緩加入3容積的水。
3. 露光測定程序
①.取適當量的感光液注入感光器內,其用量應不過(guò)于漲滿(mǎn)容器的管頸,但當容器傾斜成45°角時(shí)正好能防止氣泡的形成。然后將它裝入外盒,放置于暴露架上,方位及與光源距離和聚合物暴露試樣的放置狀態(tài)相同。開(kāi)啟石英窗蓋計時(shí)進(jìn)行暴光,但應注意掌握暴光時(shí)間長(cháng)短,即不應超過(guò)草酸分解量達到30%所需的時(shí)間,以保證測量有較高的度。
②.暴光后的感光液倒入三角瓶,感光器以25ml水洗并入三角瓶,按原感光源的10%計量加入稀硫酸(1:3)進(jìn)行酸化。蓋住加熱至95℃,用KMnO 4 滴定液進(jìn)行確定。
③.空白試驗:除了感光液不暴露于光源之外,在同樣條件下取樣進(jìn)行空白對比試驗,其滴定數據可用來(lái)確定分解液及計算光源輻射強度或者暴光劑量。
4. 計算輻射強度
輻射強度(或長(cháng)時(shí)間暴露累積的輻照量)I是以每分鐘(如以小時(shí)、天數、月數、年為時(shí)間單位則可得出暴露階段的累積輻照量)每平方分米所分解草酸毫克數來(lái)表示的,即根據下式:
I= A-B×C
D×E
式中:A—滴定未暴露感光液所要的滴定液體積,;
B—滴定已暴露感光液所要的滴定液體積,ml;
C—和1ml滴定液相當的草酸重量,ml;
D—暴露時(shí)間,min
E—感光液暴露面積(即石英窗蓋開(kāi)啟面積),dm 2
計算例子
D:暴露時(shí)間100min。E:暴露面積只開(kāi)啟0.16 dm 2
試驗中取用感光液50ml,A:滴定50ml未暴露感光液需用50ml滴定液,B:滴定已暴露感光液需用35ml滴定液,則以滴定液用量表示分解值為A-B=15ml。
C:與1ml滴定液(0.1N)相當的草酸(H 2 C 2 O 4 )量為4.5kg。則草酸分解量為(A-B)×C=15×4.5=67.5mg。于是可計算輻射強度
I= 67.5 =4.218mg/min. dm 2 .
100×0.16