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水冷型和风冷型日晒色牢度试验机

一、前言
在纺织品物理检测项目中,日晒色牢度是一项非常重要的指标。日晒色牢度试验机的购置成本和使用费用较高,目前市场上日晒色牢度试验机有水冷和风冷两种机型,款式多种,如何科学地选择合适的机型和款式,是纺织品检测技术和管理人员需要认真对待的课题。
日晒色牢度试验机的发展历史日晒色牢度试验机于 .8.? 年由德国人发明,最早用碳弧棒作为模拟光源。由于当时材料制造技术的限制,碳弧棒沿四周发光不均匀,加上碳弧棒每次使用后都要清除积碳,最早的日晒色牢度试验机采用了一根碳弧棒在中间,样品放在四周转鼓上的结构。.8B= 年,采用更接近太阳光光谱的氙弧灯的日晒牢度试验机问世,但沿用碳弧试验机的转鼓式结构。在此基础上,第一款水冷型日晒色牢度试验机于 .899年在美国问世。/; 年后,采用 > 支氙弧灯管平行放置和平板式样品架的风冷型日晒色牢度试验机于.889 推向美国市场。
水冷和风冷机型的由来日晒色牢度试验机是一种环境实验设备,在模拟自然环境的条件下测试纺织品在阳光照射下的褪色程度。现代日晒色牢度试验机大多采用氙弧灯管模拟太阳光。由于氙弧灯管功率较大,使用中会产生大量热量,需要进行强制散热,散热方式有风冷(以空气为介质)和水冷(以水为介质)两种。根据氙弧灯管不同的散热方式,日晒色牢度试验机可分为风冷和水冷机型,市场上常见的风冷机型为美国 C,%$- 公司生产的D*#",*-, .B;7 E 和 C%FG$、美国 012$#*% 公司生产的017H# D*1.和 D*1>,以及中国国内几家厂家生产的仿型机;水冷机型为美国 C,%$- 公司生产的 :I>;等。
早期的风冷机型
最早的氙灯日晒牢度试验机都是风冷型的。由于转鼓结构中间只能放一支灯管,大多数试验对转鼓样品上的光照能量有严格要求,样品离灯管的距离(即转鼓半径)很小。因此,转鼓式风冷日晒牢度试验机测试面积很小。由于测试面积小,一些关键测试参数控制技术的应用成本高。此问题一直延续至今。
水冷机型
对转鼓式日晒牢度试验机来说,解决风冷机型测试面积小和关键参数控制成本高的唯一方法是采用大功率水冷灯管。水冷灯管的结构比风冷灯管要复杂得多(灯管组件见图 .),它使用中高纯度的冷却水在灯管和内层滤光器之间和内外层滤光器之间循环流动,以带走热量。由于使用大功率水冷灯管,转鼓半径增大,测试样品面积大幅度增加,多项关键测试参数控制技术也得以应用。水冷机型在 !"## 年推出后,在日晒色牢度测试量和测试环境控制方面得到很大提高。所以在以后很长的一段时间里(!"## $ !""#年),业界形成一种印象,即风冷机型代表的是小的、低档的日晒牢度试验机,而水冷机型则代表的是大的、高档的日晒牢度试验机。水冷机型目前只有美国%&’() 公 司 生 产,纺 织 印 染 行 业 最 常 用 的 型 号 是*+,---。水冷机型在加大了测试面积和提高了测试环境参数控制性能之后,带来了购机成本和使用费用的大幅度增加。所以尽管水冷机型有许多优点,不少国内检测机构和企业基于成本考虑和测试量不大的特点,还是购买风冷机型,如 %&’() ./01&/)& !2-3 4 等。
 水冷机型的优缺点
水冷机型的优点是显而易见的:
(!)功率大,如转鼓式风冷日晒牢度试验机最大灯管功率是 76 8 9:,水冷机型最低也达到 ;6 8 9:。
(7)测试面积大,如水冷机型最低型号(*+,---)的测试面积为 ,!6 2 <(7 ,," 平方英寸)。
(,)关键测试参数闭环控制,如水冷机型能对光辐照度、黑板温度、测试室空气温度和相对湿度这四
个参数实现精确控制,这是转鼓式风冷日晒牢度试验机所做不到的。但水冷型日晒牢度试验机也存在三高三不便的
缺点,具体为:
(!)购置成本高。其购机成本根据配置不同需要 = $ 8 万美元> 台。
(7)耗材费用高。水冷机型的耗材包括灯管、内外滤光器、纯水过滤器、黑板温度计和标准标定灯管等。水冷机型的一支灯管售价约 !;-- 美元,一台经常使用的机器年耗材费用 8 $ !- 万元人民币。
(,)故障率高。水冷机型结构复杂,运动部件多,容易损坏,维修不便。
(;)样品摆放不方便。与转鼓式风冷机型一样,水冷机型只能挂放规定尺寸的片状样品。
(2)灯管更换不方便。水冷机型灯管更换需要经过移开样品、放水、取出滤光器、更换灯管等一系列动作,需要两个操作人员配合。(=)光辐照度标定不方便。水冷机型采用标准灯管进行光辐照度标定,操作步骤与更换灯管差不多,标定值需要人工读数,再输入机器。标准灯管也有一定的使用寿命。
平板式风冷机型针对水冷机型的缺点,美国 ?@A(0/’ 公司于 !""#年推出 ?@3BC 全功能平板式风冷日晒牢度试验机。该机采用 , 支灯管平行放置、平板式样品架、多参数闭环控制、电子式光辐照度标定和永久型滤光器等多项专利技术(测试室结构见图7),使得 ?@3BC 日晒牢度试验机在保留风冷灯管结构简单、成本低等优点的同时,通过灯管室和样品架的革新设计,使机器总灯管功率达到 26 ; 9:,测试样品面积达到 ;=6 = <(7 2-!平方英寸),可以摆放多种尺寸和形状的样品,耗材只有灯管一种(每支 7=- 美元)。与水冷机型相比,?@3BC 日晒牢度试验机测试面积增大,购机成本和使用费用都降低。

二、日晒色牢度标准
日晒色牢度常用的测试标准有美国标准 %%D**DE!=、国际标准 +3F !-2 G-7 和中国国家标准 HG > D8;7#—!""# 等。这些标准都明确指出,灯管风冷、水冷与测试结果无关,而对影响日晒色牢度测试的关键参数指标如水冷机型中的光辐照度、黑板温度、测试室空气温度和相对湿度及其控制技术提出了严格的要求。7--, 年修改的美国标准 %%D** DE!=,对测试曝晒条件的指标和误差范围提出了明确的规定(见表
!),取消了与测试无关的对机器的硬件限制,即废弃了旧标准 %%D** !=I 及其相关的水冷灯管等技术要求。

三、各种日晒色牢度测试数据的可比性
转鼓式风冷、水冷或最新平板式风冷日晒色牢度试验机,其测试结果的一致性和机型之间的可比性,可从以下两个方面来比较:
!! " 标准依据
标准制定的目的是保证测试结果的一致性和可比性。首先,日晒色牢度检测标准规定采用标准蓝羊毛布和样品一起曝晒、结果分级评定的办法,其结果是定性的,每个色牢度级别之间有一定的色差范围(见表 ")。因此,按照同一标准规定的曝晒条件,在不同机器上得到的结果落入同一级差范围相对较容易。其次,相关标准对曝晒条件提出了严格的要求,应该按照同一标准规定的曝晒条件,在不同机器上得到结果的可比性很高,如 #$%&’ 水冷 ()*+++ 和 ,-./0风冷 12-*,由于它们都能对四个关键曝晒参数进行闭环控制,满足最严格的标准要求,这两个机型检测结果的可比性就很高。但对同样是 #$%&’ 生产的风冷机型 1234$2’$ 56+. 7 和水冷机型 ()*+++,由于前者不能进行光辐照度和测试室空气温度自动控制,试验本身的一致性很差,如新灯管曝晒 8+ 9 就达到要求,老灯管需要 :+ 9,很难保证其测试结果与能对四个关键曝晒参数进行闭环控制的机型有可比性。
!! $ 独立实验
日晒色牢度检测的试验结果更能说明问题。从5::8 ; "+++ 年,##<(( 和 ).= 组织 > 个独立的实验室,对多个水冷机型和风冷机型做了 5+8 组对比试验,统计学结果分析表明,机器测试结果的一致性为?(@ A ;5* A),而 ,-./0 为 ?(6 A ;8 A)(见表*)。

四、结论
日晒色牢度试验机自诞生以来,经历了转鼓式风冷、转鼓式水冷和平板式风冷三个时期,测试技术也日臻成熟。测试标准和独立试验表明,测试结果与灯管冷却方式和样品架结构无关,测试结果的可比性取决于是否按照同一标准规定的曝晒条件对关键参数进行精确控制。用户在选用日晒色牢度试验机时,应该根据自身情况,从机器的技术先进性、购买和使用成本,以及使用维护方便性等方面综合考虑 。

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