專利名稱：用于測定輻照對顆粒磨損的影響的快速試驗(yàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測定輻照對顆粒，優(yōu)選無機(jī)或有機(jī)顆粒，尤其優(yōu)選塑料顆粒的磨損的影響的快速試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
塑料顆粒是熱塑性塑料從原材料制造商供給塑料加工工業(yè)的典型的供應(yīng)形式。由于它們的自由流動能力，所以它們是散裝材料，如砂或礫石那樣，并因此可以相當(dāng)容易地輸送和進(jìn)一步加工。最近深入討論了使用塑料顆粒作為人造草皮的填充材料。例如，歐洲專利申請EP 1 416 009 Al公開了使用經(jīng)包覆的橡膠粒子作為用于人造草皮或其它地面覆蓋物的撒入材料或作為松散彈性層。橡膠粒子一般具有不規(guī)則的η-邊形形狀，并優(yōu)選具有0. 4mm和 2. 5mm至最大4. Omm的平均尺寸。個體橡膠粒子在它們的整個表面上提供有5 μ m-35 μ m厚的覆層。所述覆層形成永久彈性包覆層，該包覆層意于很大程度上防止有害物質(zhì)，例如鋅被洗出。另外，通過這種包封的目標(biāo)是減少對于舊橡膠而言典型的橡膠氣味。為了作為人造草皮填充材料應(yīng)用，這種塑料顆粒尤其必須具有高抗磨強(qiáng)度。但是， 迄今不知道有任何試驗(yàn)可用于以簡單方式快速和成本有效地測定和評估塑料顆粒的抗磨強(qiáng)度。迄今，為測試人造草皮顆粒(填充材料)的抗磨強(qiáng)度，進(jìn)行根據(jù)IS0-5074的所謂 Hardgroove試驗(yàn)。為此，在專用球磨機(jī)中研磨(500轉(zhuǎn))塑料顆粒，其中不允許橡膠顆粒的粉化或其它變化。在進(jìn)行研磨之前和之后測定塑料顆粒的粒子尺寸并將其相互比較，其中需要至少95%的抗磨強(qiáng)度，以通過該試驗(yàn)。但是，該試驗(yàn)具有許多缺點(diǎn)·其產(chǎn)生相對較小的磨損(當(dāng)用合適的填充材料精確進(jìn)行該試驗(yàn)時，要求的磨損穩(wěn)定性>95% )。盡管這是有利的，以允許盡可能多的人造草皮粒子體系，但是不是以便可以快速簡單的方式測定和有意義地相互比較各種材料的合適性。例如，采用這種方法無法相互區(qū)分或只能弱地相互區(qū)分具有不同磨損特性的各種涂層，因?yàn)楫a(chǎn)生的測量結(jié)果彼此非常接近。由此不可能進(jìn)行例如任何“評級”，即各種耐磨涂層相對于彼此的任何分級?；蛘?，這種分級只有在與所得測量值的常規(guī)波動寬度僅略微不同或完全沒有不同的窄范圍內(nèi)才能成功。當(dāng)通過ISA用這種試驗(yàn)將填充材料分級時，磨損穩(wěn)定性> 95%的所有產(chǎn)品都被分級為根據(jù)用于橡膠基填充材料的荷蘭標(biāo)準(zhǔn)，ISA-M37，適合用作人造草皮填充材料。 此外，所需球磨機(jī)比較昂貴?！ぴ撛囼?yàn)極其耗時，因?yàn)樾枰?00轉(zhuǎn)，且非常復(fù)雜，該試驗(yàn)裝置例如由于該設(shè)備的重量幾乎不可運(yùn)輸，盡可能定量排空該裝置是極其耗時和困難的，因?yàn)槔缬捎诹Ｗ踊蛟囼?yàn)裝置表面的靜電帶電效應(yīng)，許多粒子仍附著在大的表面上?！ぴ摲椒ㄐ枰獦O大量的樣品材料?！るy以控制磨機(jī)的溫度以便可在各種溫度下測量磨損特性。
有時，也使用用于填充顆粒的其它磨損試驗(yàn)方法。例如借助輥支架或環(huán)形剪切單元。這些方法也表現(xiàn)出顯著缺點(diǎn)。借助輥支架產(chǎn)生可辨別和/或可測量的磨損需要極長時間。此外，由于高表面積和可能的高靜電帶電，所產(chǎn)生的細(xì)級分的定量轉(zhuǎn)移是非常困難直至不可能的。填充和排空該設(shè)備是麻煩的事情，且難以控制其溫度以便可在各種溫度下測量磨損特性。借助環(huán)形剪切單元產(chǎn)生可辨別和/或可測量的磨損也需要長時間。在研磨后難以從該裝置定量轉(zhuǎn)移材料，也難以清潔該裝置。也只能困難地控制該裝置的溫度以便可在各種溫度下測量磨損特性。在DIN V18035-7 =2002-06中描述了塑料塊和皮革(和因此，例如，通體著色材料， 如EPDM或TPE)的磨損測定方法(DIN 53516)且其不可用于對經(jīng)涂覆的舊輪胎橡膠顆粒的
磨損測量。DIN ISO 4649中描述的用于圓柱形彈性體試件的磨損試驗(yàn)同樣如此，借助砂紙使該試件暴露在規(guī)定的磨損負(fù)荷下。該試驗(yàn)也不可用于細(xì)分的顆粒。此外，對于作為人造草皮的填充材料的應(yīng)用重要的是獲悉此種塑料顆粒的性能， 尤其是磨損，在陽光輻照下如何隨時間而變化(所謂的塑料顆粒的老化)。然而，迄今沒有已知的試驗(yàn)可以簡單的方式迅速且成本有效地模擬和評價(jià)塑料顆粒的陽光輻照，且能在短時間內(nèi)測定輻照對塑料顆粒，尤其是粒子表面的影響。僅僅已知的是用于輻照經(jīng)涂覆或未涂覆的金屬片材的表面或其它二維表面，或經(jīng)涂覆或未涂覆的粒子的各種處理方法。例如，為測試UV輻射對汽車油漆的影響時，經(jīng)常使用日光試驗(yàn)，該試驗(yàn)此外還可以用于顆粒狀體系。在這種情況下，應(yīng)用容器，待曝光的經(jīng)涂覆或未涂覆粒子撒入所述容器中，然后將其曝光。作為輻照經(jīng)涂覆或未涂覆粒子的另一個實(shí)例，Institut ISA Sport使用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn) ISO 4892-3操作的儀器評價(jià)人造草皮的填充材料的耐候性。在這種情況下，讓經(jīng)涂覆或未涂覆的橡膠顆粒經(jīng)歷氣候模擬，其中用UV光對樣品施加負(fù)荷125天的持續(xù)時間。然而，這些試驗(yàn)具有各種缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)妨礙陽光輻照對塑料顆粒性能的影響的快速評估眷該試驗(yàn)是費(fèi)時的且極其浪費(fèi)時間的，因?yàn)樗鼈円话阋髷?shù)月或數(shù)年的輻照。 目前沒有試驗(yàn)允許經(jīng)涂覆或未涂覆的粒子，例如塑料顆粒，均勻地在整個表面上被曝光和氣候老化加以負(fù)荷。然而，為了達(dá)到所有經(jīng)涂覆或未涂覆的粒子在它們的整個表面上的盡可能均一的行為，這是必要的。因?yàn)榻?jīng)涂覆或未涂覆的顆粒的僅一面的曝光導(dǎo)致兩個極不同的表面，因此，在所述曝光的經(jīng)涂覆或未涂覆顆粒上僅能困難地實(shí)現(xiàn)各種進(jìn)一步的分析和測定(例如有害物質(zhì)洗提、顏色測量)。 一些現(xiàn)有的試驗(yàn)一次僅可以處理少量材料；然而為了進(jìn)行在輻照之后進(jìn)行的分析方法(例如顏色測量、有害物質(zhì)洗提)，重要的是存在足夠可利用的樣品材料。 有時必須懸掛輻照表面(例如，在氙燈老化試驗(yàn)中)。這僅能在顆粒粘結(jié)到表面上，然后使表面懸掛輻照時才能采用顆粒進(jìn)行。在這種情況下，粒子的脫離極其復(fù)雜且昂貴，且保留在粒子上的粘合劑使隨后測試的結(jié)果失真。此外，同樣僅一個粒子面受輻照。另外，重要的是獲悉此類塑料顆粒的顏色、鋅洗提和保水能力在輻照下如何改變。 例如，確定保水能力提供關(guān)于材料作為人造草皮填料的適合性的非常好的指示水排出越快，則可以越快地再次在材料上運(yùn)動。尤其是在過渡季節(jié)，這種參數(shù)因此是非常重要的，因?yàn)槊慨?dāng)水長時間殘留在散裝料層中時，它可能凍結(jié)并使得場地不再可進(jìn)行運(yùn)動?；蛘撸^濕的塑料顆粒是太濕滑的和/或滑溜的。然而，如果希望在灌水之后水仍殘留在散裝料層中(例如為了冷卻，當(dāng)足球運(yùn)動員在夏季打滑或跌倒時減少摩擦)，則要優(yōu)選具有中到高保水能力的填充材料。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明_既述因此，本發(fā)明的目的是指明快速測試輻照對顆粒，尤其是人造草皮的填充材料的抗磨強(qiáng)度的影響的可能性。另外，希望用于確定輻照對材料層在多層顆粒的表面上或中間層中的強(qiáng)度和粘附作用的影響的快速試驗(yàn)。該試驗(yàn)應(yīng)該能盡可能快速和盡可能有效進(jìn)行，盡可能可通用地使用并允許各種顆粒的磨損行為的盡可能精確的分級。特別地，它應(yīng)該適合于測試經(jīng)包覆的橡膠粒子。快速試驗(yàn)盡可能地應(yīng)該還滿足以下條件·盡可能經(jīng)濟(jì)地測定磨損特性，和如果適當(dāng)，其它性質(zhì)。·盡可能快速地測定磨損特性，和如果適當(dāng)，其它性質(zhì)。 盡可能簡單的操作?！けM可能通用的可使用性，可能需要的試驗(yàn)裝置應(yīng)盡可能容易運(yùn)輸并需要盡可能少的空間。 所需樣品量盡可能小?！し浅Ｃ舾械脑囼?yàn)，其允許盡可能精確地評估和分級非常類似材料的磨損特性，特別地， 甚至在非常類似但不相同的涂層情況下仍允許區(qū)分其磨損特性。 允許區(qū)分同樣涂覆的橡膠粒子或未涂覆的橡膠粒子，但產(chǎn)品的氣候老化或預(yù)處理不同。 允許在不同的氣候老化或預(yù)處理之后區(qū)分同樣涂覆的有機(jī)或無機(jī)成型體或聚合物或區(qū)分未涂覆的有機(jī)或無機(jī)成型體或聚合物。·盡可能地，不僅測量一個點(diǎn)，即特定時間點(diǎn)的磨損特性，還測量隨時間的磨損特性的軌跡，以便能測定顆粒，特別是涂層、涂層/橡膠界面、橡膠表面和/或更深橡膠層的磨損特性。·盡可能地，既測量規(guī)定的點(diǎn)(用于快速比較目的)，又測量曲線上的各種點(diǎn)(經(jīng)時磨損)，特別是為了獲得與涂層、涂層與橡膠表面和橡膠本體材料的粘結(jié)相關(guān)、與該涂層中的顏料粘結(jié)相關(guān)和/或與涂層厚度或涂層的層厚度分布相關(guān)的認(rèn)識?！ぴ诒M可能多的不同溫度下，特別是在較高的溫度下的可使用性，以模擬夏季最上填充材料層中的人造草皮填充材料的行為，和/或在低溫下的可使用性，以模擬寒冷季節(jié) (秋天、冬天)中人造草皮填充材料的行為?！けM可能地，在經(jīng)涂覆的顆粒的情況下指示聚合物涂層固化的完全性。本發(fā)明的目的還在于指示更好地模擬太陽輻射對顆粒，尤其是人造草皮的填充材料的性能的影響的可能性。當(dāng)開發(fā)顆粒的涂層時，高度有利的是盡可能迅速地獲得可以使用的結(jié)果，以便測試不同涂層相對于UV輻射的穩(wěn)定性和選擇更好的涂層。如果可以使用射到地面的UV輻射，即一般而言，波長> 295nm的UV-B和UV-A輻射，則將是更尤其有利的。如果可以主要地使用UV-B輻射用于測試，則將另外是更尤其有利的，因?yàn)閷ν繉拥脑S多損害由通過UV-B輻射的負(fù)荷得到。此外還發(fā)現(xiàn)一種在顆粒的整個表面上達(dá)到可能地均勻的影響的可能性。特別地，力求的是這樣的解決方案，其 允許快速模擬陽光對顆粒性能的影響， 可以容易實(shí)現(xiàn)和操作， 可以盡可能成本有效地轉(zhuǎn)化， 可以盡可能通用地應(yīng)用， 要求盡可能少的最小樣品量，但是仍可以提供足夠樣品量的用于后續(xù)測試的曝光的顆粒， 然而，如果合適，還能夠?qū)崿F(xiàn)處理大量樣品， 盡可能是選擇性的，以甚至在非常相似的顆粒情況下仍允許區(qū)別其老化行為， 不但能夠?qū)崿F(xiàn)測量一個點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)測量隨著時間的老化軌跡；由此可以獲得與涂層、顆粒，特別地，舊輪胎的橡膠顆粒的老化行為有關(guān)的其它重要的指示。另外，還因此可以測定在顆粒中存在的著色的類型和量對老化的影響。這些目的及可以從所論述的上下文得出的其它目的是通過提供具有權(quán)利要求1 所有特征的快速試驗(yàn)達(dá)到的。快速試驗(yàn)的尤其有利的變型描述在回引的從屬權(quán)利要求中。 此外還保護(hù)具有優(yōu)異性能分布并因此尤其適合作為人造草皮的填充材料的顆粒。通過進(jìn)行這樣一種試驗(yàn)，其中i.)在輻照之前測定顆粒的磨損，ii.)輻照所述顆粒，iii.)測定受輻照顆粒的磨損，其中，■如下測定磨損a)在切割磨機(jī)中研磨顆粒，b)使經(jīng)研磨產(chǎn)物經(jīng)歷篩分分析和c)將篩分分析結(jié)果與至少一個參考值相比較，以將顆粒的磨損分級，■如下輻照顆粒將多個顆粒粒子布置在樣品容器2中并用輻照燈3輻照它們，其中在該輻照期間將顆粒粒子定期混合以致顆粒粒子的不同表面受到輻照，以不可容易預(yù)見的方式成功實(shí)現(xiàn)更好模擬太陽輻射對顆粒，尤其是人造草皮的填充材料的磨損特性的影響。另外，通過本發(fā)明的操作方式還得到許多其它優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明方法允許測試經(jīng)涂覆和未涂覆的顆粒兩者，以及測試經(jīng)涂覆或未涂覆的顆?；旌衔?。 本發(fā)明方法是極其快速且非常易于進(jìn)行的，并且僅具有非常低的人員和時間需求。特別地，其能夠?qū)崿F(xiàn)通過在短的輻照期間內(nèi)使用高輻射劑量得出關(guān)于由于受輻照的經(jīng)涂覆或未涂覆產(chǎn)物的陽光輻照而可能存在的長期UV損害的結(jié)論。 本發(fā)明方法是非常成本有效的。 本發(fā)明方法在待測試的樣品量方面是非常靈活的?？梢垣@得大量以及少量的老化顆粒，這取決于后續(xù)測試要求多少樣品材料。 可以在不預(yù)先固定顆粒的情況下測試。 在本發(fā)明方法情況下，均勻地對顆粒的整個表面施加負(fù)荷，結(jié)果得到基本上更簡單測定老化顆粒的性能。 通過本發(fā)明方法的應(yīng)用還可以測試具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的顆粒，所述顆粒例如是經(jīng)不規(guī)則涂覆的，和/或具有有角形狀的或其它更復(fù)雜的形狀，如果合適，為不規(guī)則形狀或球形形狀的。 根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)允許得出關(guān)于輻照對材料層在多層顆粒的表面上或在多層顆粒的中間層中的強(qiáng)度和粘附作用的影響的結(jié)論。 根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)允許非常精確分級不同顆粒的磨損行為。其尤其適合于測試經(jīng)包覆的橡膠粒子(它們用作人造草皮的填充材料)。 根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)是非常敏感的，其允許極其精確評價(jià)和分級非常相似材料的磨損行為，并且特別地， 甚至在相似但不相同的涂層情況下仍允許區(qū)分其磨損特性。 允許區(qū)分同樣涂覆的橡膠粒子或未涂覆的橡膠粒子，但產(chǎn)品的氣候老化或預(yù)處理不同。 允許在不同的氣候老化或預(yù)處理之后區(qū)分同樣涂覆的有機(jī)或無機(jī)成型體或聚合物或區(qū)分未涂覆的有機(jī)或無機(jī)成型體或聚合物。 測定在各種不同溫度下的磨損行為是可能的，特別是在較高溫度下，以模擬夏季最上填充材料層中的人造草皮填充材料的行為，和/或在低溫下，以模擬寒冷季節(jié)(秋天、冬天)中人造草皮填充材料的行為。 通過觀察由磨損試驗(yàn)引起的在磨機(jī)壁上的著色或沉積物，可以得出關(guān)于聚合物層或?qū)芋w系的固化完全性的結(jié)論。這對于開發(fā)新物質(zhì)體系或涂料體系或涂層體系、粘合劑體系或復(fù)合材料體系或開發(fā)由一種或多種材料制成的散裝材料或粒料是尤其重要的。


附圖1示出了用于輻照顆粒的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施方案。參考標(biāo)記列表
權(quán)利要求
1.用于確定輻照對顆粒磨損的影響的快速試驗(yàn)，其中1.)在輻照之前測定顆粒的磨損， .)輻照所述顆粒，iii.)測定受輻照顆粒的磨損， 其特征在于 ■如下測定磨損a)在切割磨機(jī)中研磨顆粒，b)使經(jīng)研磨的產(chǎn)物經(jīng)歷篩分分析和c)將篩分分析的結(jié)果與至少一個參考值相比較，以將顆粒的磨損分級，■如下輻照所述顆粒將多個顆粒粒子布置在樣品容器O)中并用輻照燈(3)輻照它們，其中在該輻照期間將顆粒粒子定期混合以致顆粒粒子的不同表面受到輻照。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的快速試驗(yàn)，其特征在于還研究在輻照之前和之后顆粒的顏色性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的快速試驗(yàn)，其特征在于還研究在輻照之前和之后顆粒的鋅洗提。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于還研究在輻照之前顆粒的保水能力。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于還研究在輻照之后顆粒的保水能力。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于通過間歇篩分確定經(jīng)研磨的產(chǎn)物的粒子尺寸分布。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于選擇小于500μ m的顆粒級分作為評價(jià)顆粒磨損所根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于相繼輻照顆粒的至少兩個不同表面，其中這些表面中的每一個被輻照至少兩次。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于用具有在Inm-IOOOnm范圍內(nèi)的波長的光輻照所述顆粒。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于通過使用設(shè)備輻照所述顆粒，該設(shè)備包括a.至少一個輻照燈(3)，和b.至少一個用于待輻照的顆粒的樣品容器0)，其中所述樣品容器與驅(qū)動器連接以致所述樣品容器可以在輻照期間移動并且所述顆?？梢员换旌稀?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10的快速試驗(yàn)，其特征在于用在lrpm-500rpm范圍內(nèi)的速率使所述樣品容器定期旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于在0°C_95°C的溫度下進(jìn)行所述輻照。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于所述輻照進(jìn)行Ih-IOOOh的時間。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于用具有l(wèi)W/m2-10，000W/m2 的輻照度的光進(jìn)行所述輻照。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于還使用所述試驗(yàn)測定在輻照之前和/或在輻照之后材料層在顆粒表面上或在多層顆粒的中間層中的強(qiáng)度和粘附作用。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于研究經(jīng)包覆的橡膠粒子。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中至少一項(xiàng)的快速試驗(yàn)，其特征在于研究已經(jīng)從復(fù)合材料獲得的粒子。
18.具有以下性能的經(jīng)包覆的橡膠粒子 ■在輻照之前的磨損至多2% ■在輻照之后的磨損至多2. 5%■在輻照之后的顏色變化至多4 ■在輻照之前的鋅洗提至多:3mg/l ■在輻照之后的鋅洗提至多:3mg/l ■在輻照之前的保水能力至多60%。
全文摘要
本發(fā)明公開用于測定輻照對顆粒磨損的影響的快速試驗(yàn)，其中i)在輻照之前測定顆粒的磨損，ii)輻照所述顆粒，iii)測定受輻照顆粒的磨損，其特征在于如下測定磨損，a)在切割磨機(jī)中研磨顆粒，b)使經(jīng)研磨的產(chǎn)物經(jīng)歷篩分分析和c)將篩分分析的結(jié)果與至少一個參考值相比較，以將顆粒的磨損分級，-如下輻照顆粒將多個顆粒粒子布置在樣品容器(2)中并用輻照燈(3)輻照它們，其中在該輻照期間將顆粒粒子定期混合以致顆粒粒子的不同表面受到輻照。
文檔編號G01N3/56GK102282451SQ200980154560
公開日2011年12月14日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者F·D·庫恩, M·克魯茲, R·?？怂?申請人:贏創(chuàng)德固賽有限公司