CN110702592A - 一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法 - Google Patents

一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，对试验样品同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，定期检测样品的性能指标，根据得到的性能指标数据分析评估试验样品对高原高寒气候环境的适应性。本发明用于试验并测量各种产品对高原高寒气候环境乃至高空气候环境的适应性和耐久性。相对于高原自然环境试验方法（高原户外暴露试验），本试验方法可以更加快速获得试验结果，试验结果与高原自然环境试验结果具有良好相关性，试验不受地域和时间限制，特别适用于工艺、材料、零件的筛选试验。

Description

一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法
技术领域
本发明涉及一种多因素综合气候环境模拟加速试验方法，特别是涉及一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，用于试验并测量各种产品对高原高寒气候环境乃至高空气候环境的适应性和耐久性。
背景技术
高原乃至高空大气环境具有低气压、低温、大温差、高太阳辐射(特别是高紫外辐射)等特点，对材料(特别是高分子材料)、活动部件、电子元器件、密封构件等的环境适应性和耐久性具有重大影响。高原高寒气候环境作用下，装备会出现误动作、密封外壳变形、焊接开裂、结构损坏、设备漏泄、发动机启动与燃烧不正常、功率下降等问题；高分子材料容易老化。为了保证产品对高原乃至高空大气环境的环境适应性和耐久性，通常采用自然环境试验和(/或)模拟环境试验进行材料、零部件筛选和最终产品性能考核。自然环境试验结果真实可靠，但需要较长试验时间。现有模拟高原大气环境的试验主要有低气压试验和高低温低气压试验技术，由于未复合太阳辐射、湿度以及风速等因素，因而对高原环境的模拟性和加速性欠缺。
发明内容
本发明目的在于提供一种模拟性和加速性好的实验室模拟加速试验方法，用于试验并测量各种产品对高原高寒气候环境乃至高空气候环境的适应性和耐久性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：采用一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验装置，把试验样品置于试验装置中，同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，定期检测样品的主要性能指标，根据得到主要性能指标数据分析评估试验样品对高原高寒气候环境的适应性。
上述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法所采用的试验装置具有根据程序设定同时施加主光源辐照度为1120W/m2(光谱范围为280nm～3000nm)；附加紫外光源辐照度为1.65W/m2＠340；气压范围为25kPa～101kPa；温度范围为-50℃～60℃；湿度范围 RH30％～RH80％(温度大于2℃时)；风速范围1m/s～3m/s的能力。
上述所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验的试验样品可以是材料、零部件或整机；试验样品水平放置在装置的样品架上，试验面(平板样品)朝上或按正常服役状态放置在样品架上。
上述所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，当模拟户外环境时，通过同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，模拟高原户外环境。
上述所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验所施加的环境因素量值循环变化，每1个循环为1个试验周期；所述试验周期时间长度为4h或24h；每周期各因素量值循环分别按图5和图6执行，对应的试验谱为图1和图2。
上述所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，所述定期检测为按确定的试验周期完成后，对样品进行在线或取出试验箱外离线检测。在线检测不开试验箱门，直接采用仪器或传感器对关心的主要性能，在试验周期结束时的环境条件下测量并记录数据；所需测量时间不计入试验时间；测量完成后直接控制下一周期试验。
上述所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，所述离线检测的步骤是：关闭光源、恢复气压到常压、恢复箱内温度至接近常温、关闭风机、打开箱门、最后根据需要取出样品进行相关性能检测。离线检测后，各因素条件按图5或图6重新开始，总试验周期数累加。
有益技术效果：本发明提供了一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法。首先根据高原高寒气候环境的特点，提炼出高原高寒气候环境的主要因素的强度、变化规律、持续时间以及频率，设计了一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法。用于试验并测量各种产品对高原高寒气候环境乃至高空气候环境的适应性和耐久性。相对于高原自然环境试验方法(高原户外暴露试验)，本试验方法可以更加快速获得试验结果，试验结果与高原自然环境试验结果具有良好相关性，试验不受地域和时间限制，特别适用于工艺、材料、零件的筛选试验。
附图说明
图1为本发明高原高寒气候环境模拟加速试验谱之一；
图2为本发明高原高寒气候环境模拟加速试验谱之二；
图3为丙烯酸聚氨酯涂层色差加速倍率曲线；
图4为PE塑料缺口冲击强度加速倍率曲线；
图5为24h周期循环运行表；
图6为4h周期循环运行表；
图7为不同试验方法达到相同色差的时间；
图8为不同试验方法达到相同缺口冲击强度的时间；
图9为涂层色差加速转换因子(ASF)曲线；
图10为塑料缺口冲击强度加速转换因子(ASF)曲线。
具体实施方式
本发明公开了多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，为使本发明的优点、技术方案更清晰的展现，将结合具体实施例做完整的说明。
下面对本发明选用的试验样品做如下说明：
本发明采用的方法不要求必须进行户外暴露试验，但是为更好说明本方法相对高原环境户外暴露的相关性和加速性，体现本方法的有益效果，下面也将例举高原环境户外暴露试验方法和试验结果。
本发明采用三种有机涂层平板样品和三种塑料拉伸样品分别开展环境户外暴露试验和多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验。
本发明所用涂层样品尺寸为150×50mm，干膜厚度110um～ 140um，以喷砂冷轧钢板为基材，然后清洗基材表面，最后在基材表面喷涂相应的涂层体系，自然干燥。所用塑料样品按 GB/T1040.2-2006塑料拉伸性能的测定第二部分:模塑和挤塑的试验条件制备。
本发明采用高原户外暴露试验和本方法对所述样品进行试验。本发明采用的方法不要求必须进行高原户外暴露试验，但是为更好说明本方法的加速性和相关性，下面也将例举比对两种方法的试验结果。
实施例1：有机涂层样品多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验和高原户外暴露试验。
两种试验都采用环氧富锌聚氨酯涂层、环氧云铁丙烯酸涂层、丙烯酸聚氨酯涂层三种样品。
有机涂层高原户外暴露试验主要程序是对样品进行色差检测，测试并做好记录。检测周期为：累计1、2、3、6、9、12个月；采用离线检测方法，每次检测样品的色差。样品采用朝南45°角暴露。
多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验采用一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验箱，主要性能指标如下：
(1)主光源辐照度为1120W/m2±47W/m2,光谱范围为280nm～800nm；
(2)辅助紫外光源辐照度为1.65W/m2＠340
(3)气压范围为15kPa～101kPa±1kPa；
(4)温度范围为-65℃～150℃±2℃；
(5)湿度范围RH20％～RH95％±5％(温度大于2℃时)；
(6)风速范围0.5m/s～5m/s。
样品共7组，每组5个平行样，测定了每个样品的颜色并记录原始数据；把样品水平安装在样品架上，正面朝上，样品间距2mm。
多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验主要程序是对样品进行色差测量并做好记录。检测周期为：累计30、60、90、180、 270、360试验周期；采用离线检测方法，每次检测样品的色差。
同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，模拟高原户外环境。所施加的环境因素量值循环变化，每1个循环为1个试验周期；试验周期时间长度为4h；每周期各因素量值循环按图6执行。
累计30周期结束后采用取样离线检测样品颜色。步骤如下：
关闭光源、恢复气压到常压、恢复箱内温度至接近常温、关闭风机、打开箱门、取出1组样品进行颜色检测。样品取出后，重新按第 1周期的条件开始试验，试验周期数累加。累计60周期、90周期、 180周期、270周期结束重复第30周期的操作；累计360试验周期完成后取出最后一组样品并停机。
及时测量取出样品的色差，记录数据并进行统计分析。
试验结果
以丙烯酸聚氨酯涂层为例，详细列出加速性分析的步骤，其它两种涂层的加速性分析步骤相同，直接列出加速性分析结论。
对丙烯酸聚氨酯涂层多因素综合高原高寒气候模拟试验与高原户外暴露试验后的色差数据，以试验时间为横坐标，色差为纵坐标拟合，色差结果如式(1)、(2)所示。
y户外＝0.92869×e(T/7.99082)-0.3964,r2＝0.95886……………(1)
y实验室＝1.81819×e(t/40.58382)-0.81617,r2＝0.95893…………(2)
式中：
y户外—高原户外暴露试验的色差；
y实验室—多因素综合高原高寒气候模拟试验的色差；
T—高原户外暴露试验时间；
t—多因素综合高原高寒气候模拟试验时间。
根据式(1)、式(2),计算不同试验方法达到相同色差的时间，见图7。
以多因素综合高原高寒气候模拟试验时间t为横坐标，以达到相同色差值户外暴露试验时间与多因素综合高原高寒气候模拟试验时间比值T/t为纵坐标作加速倍率回归曲线图，并进行回归分析，如图3所示。
图3色差变化加速倍率回归方程为式(3)：
ASF户外-实验室＝8.99419+19.92854×e(-t/10.79845)，R2＝0.99736………(3)
式中：
ASF户外-实验室—加速倍率；
t—多因素综合高原高寒气候模拟试验时间(天)；
R—相关系数。
由计算结果可知，丙烯酸聚氨酯涂层色差变化的加速倍率不是固定的，相对于高原户外暴露试验1年数据，多因素综合高原高寒气候模拟试验的加速率在9.6～15倍之间。
图9列出了所有涂层按加速转换因子(ASF)法计算色差的多因素综合高原高寒气候模拟试验相对于高原户外自然环境试验的加速性结果。
实施例2：塑料样品多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验和高原户外暴露试验。
两种试验都采用PVC、PE、ABS三种样品。
塑料高原户外暴露试验主要程序是对样品进行原始性能检测，项目为拉伸强度，测试并做好记录。检测周期为：累计1、2、3、6、9、 12个月；采用离线检测方法，每次检测样品的缺口冲击强度。样品采用缺口朝南45°角暴露。
多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验采用一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验箱，主要性能指标如下：
(1)主光源辐照度为1120W/m2±47W/m2,光谱范围为280nm～800nm；
(2)辅助紫外光源辐照度为1.65W/m2＠340
(3)气压范围为15kPa～101kPa±1kPa；
(4)温度范围为-65℃～150℃±2℃；
(5)湿度范围RH20％～RH95％±5％(温度大于2℃时)；
(6)风速范围0.5m/s～5m/s。
样品共7组，每组5个平行样，测定了每个样品的缺口冲击强度并记录原始数据；把样品水平安装在样品架上，缺口朝上，样品间距 2mm。
多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验主要程序是对样品进行缺口冲击强度测试并做好记录。检测周期为：累计30、60、 90、180、270、360试验周期；采用离线检测方法，每次检测样品的缺口冲击强度。
同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，模拟高原户外环境。所施加的环境因素量值循环变化，每1个循环为1个试验周期；试验周期时间长度为4h；每周期各因素量值循环按图6执行。
累计30周期结束后采用取样离线检测样品缺口冲击强度。步骤如下：
关闭光源、恢复气压到常压、恢复箱内温度至接近常温、关闭风机、打开箱门、取出1组样品进行缺口冲击强度检测。样品取出后，重新按第1周期的条件开始试验，试验周期数累加。累计60周期、 90周期、180周期、270周期结束重复第30周期的操作；累计360 试验周期完成后取出最后一组样品并停机。
及时测量取出样品的缺口冲击强度，记录数据并进行统计分析。
试验结果
以PE塑料为例，详细列出加速性分析的步骤，其它两种塑料的加速性分析步骤相同，直接列出加速性分析结论。
对PE塑料多因素综合高原高寒气候模拟试验与高原户外暴露试验后的缺口冲击强度数据，以试验时间为横坐标，缺口冲击强度为纵坐标拟合，缺口冲击强度结果如式(4)、(5)所示。
y户外＝2.35842×e(-T/6.59041),r2＝0.97208……………………(4)
y实验室＝2.27026×e(-t/20.2285),r2＝0.9614……………………(5)
式中：
y户外—高原户外暴露试验的缺口冲击强度；
y实验室—多因素综合高原高寒气候模拟试验的缺口冲击强度；
T—高原户外暴露试验时间；
t—多因素综合高原高寒气候模拟试验时间。
根据式(4)、式(5),计算不同试验方法达到相同缺口冲击强度的时间，见图8。
以多因素综合高原高寒气候模拟试验时间t为横坐标，以达到相同缺口冲击强度值户外暴露试验时间与多因素综合高原高寒气候模拟试验时间比值T/t为纵坐标作加速倍率回归曲线图，并进行回归分析，如图4所示。
图4加速倍率回归方程为式(6)：
ASF户外-实验室＝7.58914+7.10639×e(-t/22.80165),R2＝0.95191……………(6)
式中：
ASF户外-实验室—加速倍率；
t—多因素综合高原高寒气候模拟试验时间(天)；
R—相关系数。
由计算结果可知，PE塑料缺口冲击强度变化的加速倍率不是固定的，相对于高原户外暴露试验1年数据，多因素综合高原高寒气候模拟试验的加速率在8.7～14倍之间。
图10列出了所有塑料按加速转换因子(ASF)法计算缺口冲击强度的多因素综合高原高寒气候模拟试验相对于高原户外自然环境试验的加速性结果。

Claims (5)

1.一种多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：对试验样品同时施加光照、气压、温度、湿度和风速五种环境因素，定期检测样品的性能指标，根据得到的性能指标数据分析评估试验样品对高原高寒气候环境的适应性。
2.如权利要求1所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：所述方法当施加主光源辐照度为1120W/m2，光谱范围为280nm～3000nm；附加紫外光源辐照度为1.65W/m2＠340；气压范围为30kPa～101kPa；温度范围为-45℃～55℃；湿度范围RH30％～RH80％，当温度大于2℃时；风速范围为1m/s～3m/s。
3.如权利要求1或2所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：所述试验样品可以是材料、零部件或整机；试验样品水平放置在装置的样品架上，平板样品的试验面朝上或按正常服役状态放置在样品架上。
4.如权利要求3所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：试验所施加的环境因素量值循环变化，每1个循环为1个试验周期；所述试验周期时间长度为24h或4h；每周期各因素量值循环分别按下面两个表执行；
24h周期循环运行表
Figure FDA0002199352750000021
4h周期循环运行表
Figure FDA0002199352750000022
5.如权利要求4所述多因素综合高原高寒气候环境模拟加速试验方法，其特征在于：离线检测的步骤是：关闭光源、恢复气压到常压、恢复箱内温度至接近常温、关闭风机、打开箱门、最后根据需要取出样品进行相关性能检测。离线检测后，各因素条件按原先选定运行表重新开始，总试验周期数累加。
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