超加速的天然日光暴晒试验设备制造技术

一种用来在受控的风化条件下提供样品的超加速的天然日光暴晒试验的装置，该装置既不把不切实际的降解机制引进被暴晒的材料也不破坏通量暴晒水平和包括在高水平的天然日光下温度和／或相对湿度的单一或多重的并发水平在内的累积剂量之间的互易性关系，该装置包括：（ａ）用来把太阳能通量均匀地集中成被集中起来的均匀一致的反射或折射光线的装置；（ｂ）用来在引导光谱的ＵＶ／ＶＩＳ部分进入样品暴晒室之前实现光谱分离的装置；以及（ｃ）用来引导所述的受控的均匀一致的反射或折射光线照射到被封在具有单一或多重并发水平的温度和／或相对湿度的舱室中的样品材料之上的装置，以便允许样品材料经受对应于足以提供所述样品材料的至少大约数年有代表性的风化性能的时间的数天时间周期的加速的辐照度暴晒因数。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的
这项专利技术是1998年1月13日申请的美国专利申请第09/006,746号的部份继续申请，并且涉及用来让材料经受允许大约数年有代表性的风化的价值在水平非常高的天然日光下在包括若干种温度和/或相对湿度并发水平在内的受控的风化条件下在大约3天到大约10天的周期内被累积起来的辐照度加速暴晒因素的程序。在本专利技术的程序中，太阳能集中器被用来获得用于材料样品的加速试验的高水平(25-100X)集中的日光。当使用IRG的时候，它提供能够把来自HFSF的高斯分布形的光束修正(重新分配)成在样品暴晒平面上的更均匀一致的分布的能力。为了获得用于材料样品的加速的天然日光试验的高水平(25-100X)集中的日光，使用诸如多阶梯和多小面的集中器之类的反射装置和诸如菲涅耳透镜集中器、全息集中器、2D或3D微透镜阵列和菲涅耳透镜小面的阵列之类的折射装置也被包括在本专利技术用来获得超加速的天然日光暴晒试验的程序中。通过适当地控制样品温度和证明服从互易性关系(即，外加的加速应力的水平不改变损坏/降解机制)，这种新奇的能力允许材料经受25-100X的加速的辐照度暴晒因数，借此允许数年有代表性的风化(根据天然的日光暴晒)的价值在大约3到大约10天内被累积起来。本专利技术的现有技术美国专利第4,817,447号揭示一种使用灯和使用冷却空气控制样品温度的风化室。均匀的样品辐照度在高达10个太阳(在UV带宽范围内)的加速水平下似乎是可达到的。与拒斥红外线的镜子合并的试验装置是在第4,012,954号美国专利中揭示的。在954号专利中，对流冷却空气和传导冷却基体也被并入。然而，虽然使用了对流冷却，但是空气运动不被用来在暴晒期间把潮气运送给样品；而潮气是通过样品基体漂浮在水浴中提供的。进而，如同在美国专利第4,817,477号中的情况那样，954号专利使用人造光源暴晒样品。美国专利第3,686,940号揭示一种在UV试验装置中使用的拒绝红外辐射的水冷的圆筒形的镜子。在940号专利中，不使用天然的日光。用冷却空气控制样品温度的太阳能风化装置是在美国专利第4,807,247号中揭示的。虽然这份专利使用天然的日光，但是所用的样品辐照度在完整的太阳光谱上仅仅达到8个太阳的加速水平。美国专利第5,138,892号揭示一种采用氙灯并且用气流控制样品温度的材料的加速耐晒性试验。样品辐照度在高达8个太阳的加速的UV水平(在300-400nm之间180W/m2)下是可达到的。这份专利在它的材料试验中不利用天然的日光。使用氙灯并且用气流控制样品温度和湿度的风化试验机是在美国专利第5,646,358号中揭示的。均匀的样品辐照度在不超过1-3个太阳(在UV带宽范围内)的加速水平下是可达到的。这份专利在它的风化试验机中不利用天然的日光。美国专利第5,153,780号揭示一种用来把适度的太阳能通量均匀地集中在目标平面上的盘子反射镜和方法，所述的盘子具有阶梯式的反射表面并且以众多围绕着公用轴排列的环状部分为特色，其中每个环状部分都有凹球面结构。对超出现有技术的能力的需求需要为在包括在非常高水平的天然日光下并发的一些温度和相对湿度水平在内的受控的风化条件下进行的材料和器件的超加速的天然日光暴晒试验设计一些设施。这种需要与依据在如此实际加速的试验结果和在正常使用情况期间获得的那些结果之间的相关关系预测所述材料和器件的服务寿命的愿望相关联。进而，需要以从大约25到100个太阳的辐照度暴晒因数实施这些超加速暴晒试验，其中辐照度是非常均匀一致的。实施材料和器件的这些超加速天然日光暴晒试验的需求应该排除总是引入关于被暴晒的样品上的辐照应力的现实光谱内容的不确定性的人造光源。举例来说，使用人造光将导致由在地球的太阳光谱中不存在低波长(＜300nm)的光子引起的被暴晒材料的不切实际的降解机制和故障模态。本专利技术的第二个目的是通过控制样品温度和湿度和证明互易性关系得到遵从(即，外加的加速应力水平不改变故障/降解机制)提供材料和器件的超加速暴晒试验。本专利技术的第三个目的是提供为材料经受25-100X的加速辐照度暴晒因数创造条件的材料和器件的超加速暴晒试验，以便根据在大约3到大约10天内累积起来的天然日光暴晒提供大约数年有代表性的风化性能。本专利技术的第四个目的是提供利用在暴晒期间为控制温度和湿气创造条件的样品室来实施材料和器件的超加速暴晒试验的方法；其中被集中起来的日光使通过适当的窗口(可以包括石英)进入样品室的。本专利技术的第五个目的是提供利用冷光镜作为反射太阳光谱的紫外线/可见光(UV/VIS)部分和传输太阳光谱的近红外(NIR)部份的滤光镜来实施材料和器件的超加速暴晒试验的方法，因为业已证明短波长的(UV)光线是在户外的风化期间材料和器件所经历的主要的有害应力。本专利技术的第六个目的是提供在受控的风化条件下实施材料和器件的超加速暴晒试验的方法，其中样品材料的传导冷却是由上面放置样品的水冷基体提供的，而对流冷却是通过让潮湿或干燥的空气在样品的顶部表面上吹过提供的，以便在改变取向进入暴晒室的被集中起来的日光的暴晒期间减少样品上的热负荷把高或低的湿度提供给样品。本专利技术是凭借下述步骤完成的利用太阳能集中器获得在被试验的材料或样品上具有均匀一致的通量分布的高水平(25-100X)的被集中起来的日光；从太阳光谱中分离出进入样品室的有害的紫外线/可见光(UV/VIS)；阻止被集中起来的近红外(NIR)辐射进入样品室以便将样品材料的不希望有的热负荷减少到最低限度；以及进一步控制在暴晒室里面样品材料所经历的温度和/或相对湿度。太阳光谱在切断波长λcutoff被这样分离，以致UV/VIS由小于λcutoff的波长组成，而VIS/NIR由大于λcutoff的波长组成。各种集中器设计(反射的和折射的)、次级反射镜、次级集中器和转向镜的各种不同的组合可以被用来提供均匀一致的通量。此外，光谱分离可以通过使用加到许多光学要素上的涂层在系统中各种不同的点上得以实现。就用来推动材料的超加速天然日光暴晒试验的全局构思的最好的附加装置而言，设备如下(1)多小面的集中器设计，其中小面具有下述特征小面中心位于平面、抛物面、球面或其它非解析形状上；属于平面的、球面的、抛物线的或非球面的小面曲率；以及为在下述结构中反射UV光和传输可见光和IR而设计的小面反射镜涂层(a)多小面的集中器，其中小面的几何形状和设计在位于小面的目标点或目标点附近的样品室上产生均匀一致的通量，(b)多小面的集中器，其中次级反射镜是为了把均匀一致的通量递送到位于小面阵列中心附近的样品室而设计的，(c)多小面的集中器，其中次级集中器是为了把均匀一致的通量递送到位于次级出口附近的样品室而设计的(d)多小面的集中器，其中次级反射镜是为了把均匀一致的通量递送到在次级下面的样品室以允许样品室的水平取向而设计的，(e)多小面的集中器，其中次级反射镜是为了把均匀一致的通量递送到位于被放在小面阵列中心附近的转向镜的下面的样品室而设计的，(f)多小面的集中器，其中次级反射镜是为了把均匀一致的通量递送到在被置于小面阵列中心附近的转向镜下面的样品室而设计的。(2)在下述结构中使用为反射UV光线和传输VIS和NIR而设计的反射镜涂层的美国专利第5,153,780号“用来为P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来在受控的风化条件下提供用于样品材料的超加速的天然日光暴晒试验的多面集中器装置，该装置包括：用来把太阳能通量均匀地集中成被集中起来的均匀一致的反射光线的装置；用来引导所述的被集中起来的均匀一致的反射光线的装置；以及用来把所述的被集中起来的均匀一致的反射光线引导到装在具有提供单一或多重并发水平的温度和／或相对湿度的装置的舱室中的样品材料上的装置，其中所述的用来均匀地集中太阳能通量的装置和用来引导被集中起来的均匀一致的反射光的装置包括：由若干小面组成的多小面集中器，这些小面在提供并发水平的温度和／或相对湿度允许样品材料经受足以提供样品材料的至少大约数年有代表性的风化性能的对应时间的为期大约３到１０天的加速辐照度暴晒因数的舱室装置中接收入射的天然日光、传输ＶＩＳ／ＮＩＲ并且把ＵＶ／ＶＩＳ的均匀一致的通量反射到位于所述小面的目标点或附近的样品暴晒平面上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加里J乔吉森，艾伦A莱温道斯基，
申请(专利权)人：米德韦斯特研究院，加里J乔吉森，
类型：发明
国别省市：US[美国]