ISO 4892-1:1999
(Main)Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 1: General guidance
Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 1: General guidance
Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses de laboratoire — Partie 1: Guide général
La présente partie de l'ISO 4892 fournit des informations et un guide général pour la sélection et l'application des méthodes d'exposition décrites en détail dans les autres parties de la norme. Elle décrit également et recommande des méthodes pour la détermination de l'éclairement énergétique et de l'exposition énergétique. Les prescriptions relatives aux dispositifs utilisés pour contrôler la température de l'air à l'intérieur de l'enceinte et la température de surface des matériaux sombres et clairs sont également décrites. Elle fournit également des informations sur l'interprétation des données issues des essais d'exposition accélérée. Des informations plus spécifiques sur les méthodes de détermination des changements de propriétés des plastiques après exposition et de notification des résultats sont décrites dans l'ISO 4582.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 4892-1
Second edition
1999-07-01
Plastics — Methods of exposure to
laboratory light sources —
Part 1:
General guidance
Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses
de laboratoire —
Partie 1: Guide général
A Reference number
ISO 4892-1:1999(E)
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ISO 4892-1:1999(E)
Contents
Page
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Principle.2
4.1 Significance.2
4.2 Use of accelerated tests with laboratory light sources .3
5 Requirements for laboratory exposure devices .4
5.1 Light source .4
5.2 Temperature .5
5.3 Humidity and wetting .6
5.4 Other apparatus requirements .7
6 Test specimens.8
6.1 Form, shape and preparation .8
6.2 Number of test specimens.8
6.3 Storage and conditioning .9
7 Test conditions and procedure .9
8 Precision and bias .9
8.1 Precision.9
8.2 Bias .10
9 Test report .10
Annex A (informative) Factors that decrease the degree of correlation between accelerated tests
using laboratory light sources and actual-use exposures.12
Annex B (normative) Procedures for measuring the irradiance uniformity in the specimen exposure area .14
© ISO 1999
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
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ISO 4892-1:1999(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 4892-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 6,
Ageing, chemical and environmental resistance.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 4892-1:1994), of which it constitutes a technical
revision.
ISO 4892 consists of the following parts, under the general title Plastics — Methods of explosure to laboratory light
sources:
Part 1: General guidance
Part 2: Xenon-arc sources
Part 3: Fluorescent UV lamps
Part 4: Open-flame carbon-arc lamps
Annex B forms a normative part of this part of ISO 4892. Annex A is for information only.
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ISO 4892-1:1999(E)
Introduction
Plastics are often used outdoors or in indoor locations where they are exposed to daylight or to daylight behind
glass for long periods. It is therefore very important to determine the effects of daylight, heat, moisture and other
climatic stresses on the colour and other properties of plastics. Outdoor exposures to daylight and to daylight
filtered by window glass are described in ISO 877:1994, Plastics — Methods of exposure to direct weathering, to
. However, it
weathering using glass-filtered daylight, and to intensified weathering by daylight using Fresnel mirrors
is often necessary to determine more rapidly the effects of light, heat and moisture on the physical, chemical and
optical properties of plastics with accelerated laboratory exposure tests that use specific laboratory light sources.
Exposures in these laboratory devices are conducted under more controlled conditions than found in natural
environments and are designed to accelerate polymer degradation and product failures.
Relating results from accelerated laboratory exposures to those obtained in actual-use conditions is difficult
because of variability in both types of exposure and because laboratory tests often do not reproduce all the
exposure stresses experienced by plastics exposed in actual-use conditions. No single laboratory exposure test can
be specified as a total simulation of actual-use exposures.
The relative durability of materials in actual-use exposures can be very different depending on the location of the
exposure because of differences in UV radiation, time of wetness, temperature, pollutants and other factors.
Therefore, even if results from a specific accelerated laboratory test are found to be useful for comparing the
relative durability of materials exposed in a particular outdoor location or in particular actual-use conditions, it cannot
be assumed that they will be useful for determining the relative durability of materials exposed in a different outdoor
location or in different actual-use conditions.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 4892-1:1999(E)
Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources —
Part 1:
General guidance
1 Scope
1.1 This part of ISO 4892 provides information and general guidance relevant to the selection and operation of the
methods of exposure described in detail in subsequent parts. It also describes and recommends procedures for
determining irradiance and radiant exposure. Requirements for devices used to monitor chamber air temperature
and surface temperature of dark and light materials are also described.
1.2 This part of ISO 4892 also provides information on the interpretation of data from accelerated exposure tests.
More specific information about methods for determining the change in plastic properties after exposure and
reporting these results is described in ISO 4582.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 4892. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 4892 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 291:1997, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing.
ISO 293:1986, Plastics — Compression moulding test specimens of thermoplastic materials.
ISO 294-1:1996, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 1: General
principles, and moulding of multipurpose and bar test specimens.
ISO 294-2:1996, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 2: Small tensile
bars.
ISO 294-3:1996, Plastics — Injection moulding of test specimens of thermoplastic materials — Part 3: Small plates.
ISO 295:1991, Plastics — Compression moulding of test specimens of thermosetting materials.
ISO 2557-1:1989, Plastics — Amorphous plastics — Preparation of test specimens with a specified maximum
reversion — Part 1: Bars.
ISO 2818:1994, Plastics — Preparation of test specimens by machining.
ISO 3167:1993, Plastics — Multipurpose test specimens.
ISO 4582:1998, Plastics — Determination of changes in colour and variations in properties after exposure to
daylight under glass, natural weathering or laboratory light sources.
ISO 4892-2:1994, Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 2: Xenon-arc sources.
ISO 4892-3:1994, Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 3: Fluorescent UV lamps.
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ISO 4892-4:1994,
Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 4: Open-flame carbon-arc
lamps.
ISO 9370:1997, Plastics — Instrumental determination of radiant exposure in weathering tests — General guidance
and basic test method.
CIE Publication No. 85:1989, Solar spectral irradiance.
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 4892, the following terms and definitions apply.
3.1
control
Æweatheringæ a material which is of similar composition and construction to the test material and which is exposed at
the same time for comparison with the test material
NOTE An example of the use of a control material would be when a formulation different from one currently being used is
being evaluated. In that case, the control would be the plastic made with the original formulation.
3.2
file specimen
a portion of the material to be tested which is stored under conditions in which it is stable and is used for
comparison between exposed and original state
3.3
reference material
a material of known performance
3.4
reference specimen
a portion of the reference material that is to be exposed
4 Principle
Specimens of the samples to be tested are exposed to laboratory light sources under controlled environmental
conditions. The methods described include means which may be used to measure irradiance at the face of the
specimen and radiant exposure, and procedures for measuring the temperature of specified white and black panels.
4.1 Significance
4.1.1 When conducting exposures in devices which use laboratory light sources, it is important to consider how
well the accelerated-test conditions simulate the actual-use environment for the plastic being tested. In addition, it is
essential to consider the effects of variability in both the accelerated test and actual exposures when setting up
exposure experiments, and when interpreting the results from accelerated exposure tests.
4.1.2 No laboratory exposure test can be specified as a total simulation of actual-use conditions. Results obtained
from these laboratory accelerated exposures can be considered as representative of actual-use exposures only
when the degree of rank correlation has been established for the specific materials being tested and when the type
and mechanism of degradation are the same. The relative durability of materials in actual-use conditions can be
very different in different locations because of differences in UV radiation, time of wetness, relative humidity,
temperature, pollutants and other factors. Therefore, even if results from a specific exposure test conducted in
accordance with ISO 4892 are found to be useful for comparing the relative durability of materials exposed in a
particular environment, it cannot be assumed that they will be useful for determining the relative durability of the
same materials in a different environment.
4.1.3 Even though it is very tempting, calculation of an “acceleration factor” relating “x” hours or megajoules of
radiant exposure in an accelerated laboratory test to “y” months or years of actual exposure is not recommended.
These acceleration factors are not valid for several reasons.
2
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ISO 4892-1:1999(E)
a) Acceleration factors are material-dependent and can be significantly different for each material and for different
formulations of the same material.
b) Variability in the rate of degradation in both actual-use and accelerated laboratory exposure tests can have a
significant effect on the calculated acceleration factor.
c) Acceleration factors calculated based on the ratio of irradiance between a laboratory light source and daylight
(even when identical bandpasses are used) do not take into consideration the effects of temperature, moisture
and differences in spectral power distribution between the laboratory light source and daylight.
NOTE If use of an acceleration factor is desired in spite of the warnings given in this standard, such acceleration factors for
a particular material are only valid if they are based on data from a sufficient number of separate exterior or indoor
environmental tests and accelerated laboratory exposures so that results used to relate times to failure in each exposure can
be analysed using statistical methods. An example of a statistical analysis using multiple laboratory and actual exposures to
calculate an acceleration factor is described by J.A. Simms, in Journal of Coatings Technology, Volume 50, 1987, pages 45-53.
4.1.4 There are a number of factors that may decrease the degree of correlation between accelerated tests using
laboratory light sources and exterior exposures (more specific information on how each factor may alter the stability
ranking of materials is given in annex A):
a) differences in the spectral distribution of the laboratory light source and daylight;
b) light intensities higher than those experienced in actual-use conditions;
c) exposure cycles that use continuous exposure to light from a laboratory light source without any dark periods;
d) specimen temperatures higher than those in actual conditions;
e) exposure conditions that produce unrealistic temperature differences between light- and dark-coloured
specimens;
f) exposure conditions that produce very frequent cycling between high and low specimen temperatures, or that
produce unrealistic thermal shock;
g) unrealistically high or low levels of moisture;
h) the absence of biological agents or pollutants.
4.2 Use of accelerated tests with laboratory light sources
4.2.1 Results from accelerated exposure tests conducted in accordance with this standard are best used to
compare the relative performance of materials. A common application of this is tests conducted to establish that the
level of quality of different batches does not vary from that of a control material of known performance. Comparisons
between materials are best made when the materials are tested at the same time in the same exposure device.
Results can be expressed by comparing the exposure time or radiant exposure necessary to reduce the level of a
characteristic property to some specified level.
4.2.1.1 It is strongly recommended that at least one control material be exposed with each test for the purpose of
comparing the performance of the test materials to that of the control. The control material should be of similar
composition and construction and be chosen so that its failure modes are the same as that of the material being
tested. It is preferable to use two controls, one with relatively good durability and one with relatively poor durability.
4.2.1.2 Sufficient replicates of each control material and each test material being evaluated are necessary in order
to allow statistical evaluation of the results. Unless otherwise specified, use a minimum of three replicates for all test
and control materials. When material properties are measured using destructive tests, a separate set of specimens
is needed for each exposure period.
4.2.2 In some specification tests, test materials are exposed at the same time as a weathering reference material
(e.g. blue wool test fabric). The property or properties of the test material are measured after a defined property of
the reference material reaches a specified level. If the reference material differs in composition from the test
material, it may not be sensitive to exposure stresses which produce failure in the test material, or it may be very
sensitive to an exposure stress that has very little effect on the test material. The variability in results for the
reference material may be much different than that for the test material. All these differences between the reference
material and the test material can produce misleading results.
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NOTE Definitions of control and reference material that are appropriate to weathering tests are given in clause 3.
In some specification tests, properties of test specimens are evaluated after a specific exposure time or
4.2.3
radiant exposure using a test cycle with a prescribed set of conditions. Results from any accelerated exposure test
conducted in accordance with this standard should not be used to establish a “pass/fail” of materials based on the
level of a specific property after a specific exposure time or radiant exposure unless the reproducibility of the effects
of a particular exposure cycle and property measurement method has been established.
5 Requirements for laboratory exposure devices
5.1 Light source
5.1.1 The exposure device shall provide for placement of specimens and any designated sensing devices in
positions that allow uniform irradiance from the light source.
5.1.2 Exposure devices shall be designed such that the irradiance at any location in the area used for specimen
exposures is at least 70 % of the maximum irradiance measured in this area. Procedures for measuring irradiance
uniformity are found in annex B.
NOTE The irradiance uniformity in exposure devices depends on several factors such as deposits which can develop on
the optical system and chamber walls. In addition, irradiance uniformity can be affected by the type and number of specimens
being exposed. The irradiance uniformity as guaranteed by the manufacturer is valid for new equipment and well defined
measuring conditions. In many new-model devices, the irradiance at any location within the exposure area is at least 80 % of
the maximum irradiance.
5.1.3 If the irradiance at any position in the area used for specimen exposure is at least 90 % of the maximum
irradiance, periodic repositioning of the specimens during exposure is not necessary.
NOTE While not required in devices meeting the irradiance uniformity requirements of 5.1.3, periodic specimen
repositioning is a good practice to ensure that all specimens receive the same level of all exposure stresses.
5.1.4 If irradiance at any position in the area used for specimen exposure is between 70 % and 90 % of the
maximum irradiance, specimens shall be periodically repositioned during the exposure period to ensure that each
receives an equal amount of radiant exposure. The repositioning schedule shall be agreed upon by all interested
parties.
5.1.5 Follow the apparatus manufacturer's instructions for lamp and filter replacement and for pre-ageing of lamps
and/or filters.
5.1.6 CIE Publication No. 85:1989 provides data on solar spectral irradiance for typical atmospheric conditions,
which can be used as a basis for comparing laboratory light sources with daylight. For example, global solar
2
irradiance in the 300 nm to 2 450 nm band is given as 1 090 W/m for a relative air mass of 1, with 1,42 cm of
precipitable water and 0,34 cm of ozone (measured at a pressure of 1 atmosphere and a temperature of 0 °C).
Table 1 shows a broadband condensed spectral irradiance for global solar radiation at these atmospheric conditions
in the UV, visible and infrared regions of the spectrum. This represents the maximum global solar irradiance that
would be experienced by materials exposed on a horizontal surface at the Equator near noon on a clear day at the
spring or autumn equinox.
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Table 1 — Spectral global irradiance
(condensed from Table 4 of CIE Publication No. 85:1989)
Wavelength Irradiance Percent of total Percent of UV and visible
–2
nm W×m 300 nm to 2 450 nm 300 nm to 800 nm
300 to 320 4,1 0,4 0,6
320 to 360 28,5 2,6 4,2
360 to 400 42,0 3,9 6,2
300 to 400 74,6 6,8 11,0
400 to 800 604,2 55,4 89,0
300 to 800 678,8 62,2 100,0
800 to 2 450 411,6 37,8
300 to 2 450 1 090,4 100,0
5.1.6.1 Direct radiation from xenon burners, open-flame carbon arcs and some fluorescent lamps contains
considerable amounts of short-wavelength ultraviolet radiation not present in daylight. With proper selection of filters
for these light sources, much of the short-wavelength light can be eliminated. However, some filters allow a small,
but significant, amount of this short-wavelength (less than 300 nm) radiation through. Fluorescent lamps can be
selected to have a spectral output corresponding to a particular ultraviolet region of daylight. The xenon arc, when
appropriately filtered, produces radiation with a spectral power distribution that is a good simulation of average
daylight throughout the UV and visible region.
5.1.7 A radiometer which complies with the requirements outlined in ISO 9370 may be used to measure the
irradiance E or spectral irradiance E and the radiant exposure H or spectral radiant exposure H on the specimen
l l
surface.
5.1.7.1 If used, the radiometer shall be mounted so that it receives the same radiation as the specimen surface. If
it is not positioned in the specimen plane, it shall have a sufficient field of view and be calibrated for irradiance at the
specimen distance.
5.1.7.2 The radiometer shall be calibrated in the emission region of the light source used. Calibration shall be
checked in accordance with the radiation measuring instrument manufacturer's instructions. A full calibration of the
radiometer shall be conducted at least once per year by an approved, accredited laboratory. More frequent
calibrations are recommended.
5.1.7.3 When measured, the irradiance in the wavelength range agreed upon by all interested parties shall be
reported. Some types of apparatus provide for measuring irradiance in a specific wavelength range (e.g. 300 nm to
400 nm or 300 nm to 800 nm), or in a narrow bandpass centered around a single wavelength (e.g. 340 nm).
5.2 Temperature
5.2.1 The surface temperature of exposed materials depends primarily on the amount of radiation absorbed, the
emissivity of the specimen, the amount of thermal conduction within the specimen and the amount of heat
transmission between the specimen and the air or between the specimen and the specimen holder. Since it is not
practical to monitor the surface temperature of individual test specimens, a specified black-panel sensor is used to
measure and control the temperature within the test chamber. It is strongly recommended that the black-panel
temperature sensor be mounted on a support within the specimen exposure area so that it receives the same
radiation and experiences the same cooling conditions as a flat test panel surface using the same support. The
black panel may also be located at a fixed distance from the light source different from that of the test specimens
and calibrated to give the temperature in the specimen exposure area. However, this is not recommended because
a black panel mounted at a fixed position away from the specimens may not indicate temperatures representative of
the test specimens, even if it is calibrated to record the temperature at positions within the specimen exposure area,
due to differences in light intensity and movement of air.
5.2.2 Two types of black-panel temperature sensor may be used:
5.2.2.1 Black-standard thermometers, consisting of a plane (flat) stainless-steel plate with a thickness of about
0,5 mm. A typical length and width is about 70 mm by 40 mm. The surface of this plate facing the light source shall
be coated with a black layer which has good resistance to ageing. The coated black plate shall absorb at least
90 % to 95 % of all incident flux to 2 500 nm. A platinum resistance sensor shall be attached in good thermal contact
to the centre of the plate on the side opposite the radiation source. This side of the metal plate shall be attached to a
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5 mm thick baseplate made of unfilled poly(vinylidene fluoride) (PVDF). A small space sufficient to hold the platinum
resistance sensor shall be machined in the PVDF baseplate. The distance between the sensor and this recess in
the PVDF plate shall be about 1 mm. The length and width of the PVDF plate shall be sufficient so that no metal-
to-metal thermal contact exists between the black-coated metal plate and the mounting holder into which it is fitted.
The metal mounts of the holder of the insulated black panel shall be at least 4 mm from the edges of the metal
plate. Black-standard thermometers which differ in construction are permitted as long as the temperature indicated
by the alternative construction is within ± 1,0 °C of that of the specified construction at all steady-state temperature
and irradiance settings the exposure device is capable of attaining. In addition, the time needed for an alternative
black-standard thermometer to reach the steady state shall be within 10 % of the time needed for the specified
black-standard thermometer to reach the steady state.
5.2.2.2 Black-panel thermometers, consisting of a plane (flat) metal plate that is resistant to corrosion. Typical
dimensions are about 150 mm long, 70 mm wide, and 1 mm thick. The surface of this plate that faces the light
source shall be coated with a black layer which has good resistance to ageing. The coated black plate shall absorb
at least 90 % to 95 % of all incident flux to 2 500 nm. A thermally sensitive element shall be firmly attached to the
centre of the exposed surface. This thermal sensitive element can be a black-coated stem-type bimetallic dial
sensor or a resistance sensor. The back of the metal panel shall be open to the atmosphere within the exposure
chamber.
5.2.3 The temperature indicated by the black-panel or black-standard thermometer depends on the irradiance
produced by the laboratory light source and the temperature and speed of the air moving in the test chamber. Black-
panel temperatures generally correspond to those for dark coatings on metal panels. Black-standard thermometer
temperatures generally correspond to those for the exposed surface of dark samples with poor thermal conductivity.
At conditions used in typical exposure tests, the temperature indicated by a black-standard thermometer will be
3 °C to 12 °C higher than that indicated by a black-panel thermometer. Because black-standard thermometers are
insulated, their response time for temperature changes is slightly slower than for a black-panel thermometer.
5.2.3.1 At low irradiance levels, the difference between the temperature indicated by a black-panel or black-
standard thermometer and the real specimen temperature may be small. When light sources that emit very little
infrared radiation are used, there will generally be only very small differences in the temperatures indicated by the
two types of black panel or between light- and dark-coloured specimens.
5.2.4 In order to evaluate the range of surface temperatures of the exposed specimens and to better control the
irrad
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 4892-1
Deuxième édition
1999-07-01
Plastiques — Méthodes d'exposition
à des sources lumineuses de laboratoire —
Partie 1:
Guide général
Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources —
Part 1: General guidance
A
Numéro de référence
ISO 4892-2:1999(F)
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Sommaire Page
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Principe.2
4.1 Signification .2
4.2 Utilisation des essais accélérés obtenus avec les sources lumineuses de laboratoire .4
5 Prescriptions relatives aux appareillages d'exposition de laboratoire .4
5.1 Source lumineuse.4
5.2 Température .6
5.3 Humidité et arrosage .7
5.4 Autres prescriptions relatives aux appareillages.8
6 Éprouvettes .8
6.1 Forme et préparation.8
6.2 Nombre d'éprouvettes.9
6.3 Stockage et conditionnement.9
7 Conditions d'essai et mode opératoire.10
8 Fidélité et biais.10
8.1 Fidélité .10
8.2 Biais .11
9 Rapport d'essai .11
Annexe A (informative) Facteurs diminuant le degré de corrélation entre les essais accélérés utilisant
les sources lumineuses de laboratoire et les expositions en conditions réelles d'utilisation .13
Annexe B (normative) Modes opératoires pour le mesurage de l'éclairement énergétique
sur la surface d'exposition de l'éprouvette.16
© ISO 1999
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 4892 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité
SC 6, Vieillissement et résistance aux agents chimiques et environnants.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 4892-1:1994), dont elle constitue une révision
technique.
L'ISO 4892 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Plastiques — Méthodes d'exposition
des sources lumineuses de laboratoire:
— Partie 1: Guide général
— Partie 2: Sources à arc au xénon
— Partie 3: Lampes fluorescentes UV
— Partie 4: Lampes à arc au carbone
L'annexe B constitue un élément normatif de la présente partie de l'ISO 4892. L'annexe A est donnée uniquement
à titre d'information.
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ISO 4892-1:1999(F)
Introduction
Les plastiques sont souvent utilisés en extérieur et en intérieur, où ils sont exposés à la lumière du jour directement
ou derrière une vitre pendant de longues périodes. Il est par conséquent très important de déterminer les effets de
la lumière du jour, de la chaleur, de l'humidité, et des autres contraintes climatiques sur la couleur et les autres
propriétés des plastiques. Les essais d'exposition à la lumière du jour et à la lumière du jour filtrée par une vitre sont
décrits dans l'ISO 877:1994, Plastiques — Méthodes d’exposition directe aux intempéries, ou d’exposition indirecte
sous verre, et à la lumière du jour intensifiée par des miroirs de Fresnel. Cependant, il est souvent nécessaire de
déterminer plus rapidement les effets de la lumière, de la chaleur et de l'humidité sur les propriétés physiques,
chimiques, et optiques des plastiques avec des essais d'exposition accélérée en laboratoire qui utilisent des
sources lumineuses de laboratoire spécifiques. Les expositions dans ces appareillages d'exposition de laboratoire
sont effectuées dans des conditions plus contrôlées que dans un environnement naturel et sont conçues pour
accélérer la dégradation des polymères et la défaillance du produit.
La relation des résultats des expositions accélérées en laboratoire avec ceux obtenus lors des conditions réelles
d'utilisation s'avère difficile en raison de la variabilité de ces deux types d'expositions et du fait que les essais
d'exposition accélérée en laboratoire ne reproduisent souvent pas toutes les contraintes d'exposition rencontrées
par les plastiques exposés aux conditions réelles d'utilisation. Aucun essai simple d'exposition en laboratoire ne
peut être spécifié comme une simulation totale des expositions aux conditions réelles d'utilisation.
La durabilité relative des matériaux exposés aux conditions réelles d'utilisation peut être très différente selon
l'emplacement de l'exposition en raison des différences de rayonnement ultraviolet, de période d'humidité, de
température, de polluants et d'autres facteurs. Par conséquent, même si les résultats d'essais accélérés en
laboratoire sont jugés utiles pour comparer la durabilité relative des matériaux exposés dans un emplacement
extérieur donné ou aux conditions réelles d'utilisation, il ne peut être supposé qu'ils seront utiles pour déterminer la
durabilité relative des matériaux exposés dans un autre emplacement extérieur ou dans d'autres conditions
d'utilisation réelles.
iv
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NORME INTERNATIONALE © ISO ISO 4892-1:1999(F)
Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses
de laboratoire —
Partie 1:
Guide général
1 Domaine d'application
1.1 La présente partie de l'ISO 4892 fournit des informations et un guide général pour la sélection et l'application
des méthodes d'exposition décrites en détail dans les autres parties de la norme. Elle décrit également et
recommande des méthodes pour la détermination de l'éclairement énergétique et de l'exposition énergétique. Les
prescriptions relatives aux dispositifs utilisés pour contrôler la température de l'air à l'intérieur de l'enceinte et la
température de surface des matériaux sombres et clairs sont également décrites.
1.2 La présente partie de l'ISO 4892 fournit également des informations sur l'interprétation des données issues
des essais d'exposition accélérée. Des informations plus spécifiques sur les méthodes de détermination des
changements de propriétés des plastiques après exposition et de notification des résultats sont décrites dans
l'ISO 4582.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l’ISO 4892. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l’ISO 4892 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 291:1997,
Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai.
ISO 293:1986, Plastiques — Moulage par compression des éprouvettes en matières thermoplastiques.
ISO 294-1:1996, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques — Partie 1:
Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages multiples et des barreaux.
ISO 294-2:1996, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques — Partie 2:
Barreaux de traction de petites dimensions.
ISO 294-3:1996, Plastiques — Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques — Partie 3:
Plaques de petites dimensions.
ISO 295:1991, Plastiques — Moulage par compression des éprouvettes en matières thermodurcissables.
ISO 2557-1:1989, Plastiques — Thermoplastiques amorphes — Préparation des éprouvettes à niveau de retrait
maximal spécifié — Partie 1: Barres.
ISO 2818:1994, Plastiques — Préparation des éprouvettes par usinage.
ISO 3167:1993, Plastiques — Éprouvettes à usages multiples.
1
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ISO 4892-1:1999(F)
ISO 4582:1998,
Plastiques — Détermination des changements de coloration et des variations de propriétés après
exposition à la lumière du jour sous verre, aux agents atmosphériques ou aux sources lumineuses de laboratoire.
ISO 4892-2:1994, Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses de laboratoire — Partie 2:
Sources à arc au xénon.
ISO 4892-3:1994, Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses de laboratoire — Partie 3:
Lampes fluorescentes UV.
ISO 4892-4:1994, Plastiques — Méthodes d'exposition à des sources lumineuses de laboratoire — Partie 4:
Lampes à arc au carbone.
ISO 9370:1997, Plastiques — Détermination au moyen d'instruments de l'exposition énergétique lors d'essais
d'exposition aux intempéries — Guide général et méthode d'essai fondamentale.
o
Publication CIE n 85:1989, Éclairement énergétique spectral solaire.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 4892, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
matériau de contrôle
áintempériesñ matériau de composition et de construction similaires au matériau d'essai, exposé en même temps
que ce dernier, et utilisé à des fins de comparaison
NOTE Un exemple d'utilisation d'un matériau de contrôle consisterait à évaluer la formulation différente de celle d'un
matériau effectivement utilisé. Dans ce cas, le plastique élaboré avec la formulation originale constituerait le moyen de
contrôle.
3.2
éprouvette d'essai
partie du matériau soumis à l'essai stockée dans des conditions de stabilité et utilisée pour comparer l'état
d'exposition et l'état original
3.3
matériau de référence
matériau de performance connue
3.4
éprouvette de référence
partie du matériau de référence devant être soumise à une exposition
4 Principe
Les éprouvettes des échantillons à soumettre à l'essai sont exposées aux sources lumineuses de laboratoire dans
des conditions d'environnement contrôlées. Les méthodes décrites incluent les moyens pouvant être utilisés pour
mesurer l'éclairement énergétique sur la surface de l'éprouvette, ainsi que l'exposition énergétique et les modes
opératoires pour mesurer la température des panneaux blancs et noirs spécifiés.
4.1 Signification
4.1.1 Lors de la réalisation d'essais d'exposition dans des appareillages qui utilisent des sources lumineuses de
laboratoire, il est important de considérer le degré de simulation des conditions d'essai accéléré, par rapport à
l'utilisation dans l'environnement réel pour le plastique soumis à l'essai. En outre, il est essentiel de considérer les
effets de variabilité à la fois lors de l'essai accéléré et dans le cadre des expositions dans les conditions réelles, lors
de la mise en place d'expériences d'expositions, et lors de l'interprétation des résultats des essais d'exposition
accélérée.
2
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ISO 4892-1:1999(F)
Aucun essai d'exposition en laboratoire ne peut être spécifié comme une simulation totale des conditions
4.1.2
réelles d'utilisation. Les résultats obtenus à partir de ces expositions accélérées de laboratoire peuvent être
considérés comme représentatifs des expositions en conditions réelles d'utilisation uniquement lorsque le degré de
corrélation a été établi pour les matériaux spécifiques soumis à l'essai et que le type et le mécanisme de
dégradation sont similaires. La durabilité relative des matériaux dans des conditions réelles d'utilisation peut être
très différente à des emplacements différents en raison de différences de rayonnement ultraviolet, de durée
d'exposition à l'humidité, d'humidité relative, de température, de polluants et d'autres facteurs. Par conséquent,
même lorsque les résultats d'un essai d'exposition spécifique réalisé conformément à l'ISO 4892 sont jugés utiles
pour comparer la durabilité relative des matériaux exposés à un environnement particulier, il ne peut pas être
supposé qu'ils seront utiles pour déterminer la durabilité relative des mêmes matériaux dans un environnement
différent.
4.1.3 Même si le calcul d'un «facteur d'accélération», reliant les heures «x» ou les mégajoules de l'exposition
énergétique dans un essai accéléré de laboratoire aux mois ou aux années «y» de l'exposition réelle, est fort
tentant, il n'est pas recommandé. Ces facteurs d'accélération ne sont pas valables pour plusieurs raisons:
a) les facteurs d'accélération dépendent du matériau et peuvent différer de façon significative d'un matériau à
l'autre et selon les différentes formulations du même matériau;
b) la variabilité du rythme de dégradation au cours des essais d'utilisation réelle et d'exposition accélérée en
laboratoire peut avoir un effet significatif sur le facteur d'accélération calculé;
c) les facteurs d'accélération calculés sur la base du rapport d'éclairement énergétique entre une source de
lumière de laboratoire et la lumière naturelle (même si des bandes passantes identiques sont utilisées), ne
prennent pas en compte les effets de la température, de l'humidité et des différences de répartition de
puissances spectrale entre la source de lumière de laboratoire et la lumière naturelle.
NOTE Si l'utilisation d'un facteur d'accélération est souhaitée en dépit des avertissements donnés dans la présente norme,
ces facteurs d'accélération ne sont valables sur certains matériaux que s'ils sont fondés sur des données obtenues à partir
d'un nombre suffisant d'essais environnementaux extérieurs ou intérieurs séparés et d'expositions accélérées en laboratoire de
sorte que les résultats utilisés pour relier le temps à la défaillance dans chacune des expositions puissent être analysés par
des méthodes statistiques. Un exemple d'analyse statistique utilisant des expositions multiples en laboratoire et dans des
conditions réelles pour calculer un facteur d'accélération est décrit par J.A. Simms, dans Journal of Coatings Technology,
Volume 50, 1987, pages 45-53.
4.1.4 Il existe un certain nombre de facteurs pouvant diminuer le degré de corrélation entre les essais accélérés
utilisant les sources lumineuses de laboratoire et les expositions extérieures (des informations plus spécifiques sur
la capacité de chaque facteur à altérer le degré de stabilité des matériaux sont données dans l'annexe A):
a) des différences dans la répartition spectrale entre la source lumineuse de laboratoire et la lumière du jour;
b) des intensités lumineuses supérieures à celles rencontrées dans des conditions réelles d'utilisation;
c) des cycles d'exposition impliquant une exposition continue à une source lumineuse de laboratoire sans aucune
période d'obscurité;
d) des températures d'éprouvettes supérieures à celles rencontrées en conditions réelles d'utilisation;
e) des conditions d'exposition entraînant des différences de températures peu réalistes entre les éprouvettes de
couleur claire et celles de couleur foncée;
f) des conditions d'exposition entraînant un cyclage très fréquent entre des températures basses et élevées
d'éprouvettes ou entraînant un choc thermique peu réaliste;
g) des niveaux d'humidité excessivement élevés ou bas;
h) une absence d'agents biologiques ou de polluants.
3
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ISO 4892-1:1999(F)
4.2 Utilisation des essais accélérés obtenus avec les sources lumineuses de laboratoire
Il est préférable d'utiliser les résultats des essais d'exposition accélérés effectués conformément à la
4.2.1
présente norme pour comparer la performance relative des matériaux. Une application courante consiste à établir
que le niveau qualitatif de différents lots ne diffère pas d'un matériau de contrôle dont la performance est connue. Il
est préférable d'effectuer les comparaisons entre les matériaux si ces matériaux font l'objet d'un essai dans le
même appareillage d'exposition. Les résultats peuvent être exprimés en comparant le temps d'exposition ou le
rayonnement de l'exposition nécessaire pour réduire le niveau d'une propriété caractéristique à un niveau spécifié.
4.2.1.1 Il est fortement recommandé d'exposer au moins un matériau de contrôle à chaque essai afin de comparer
la performance des matériaux d'essai avec celle du matériau de contrôle. Il convient que le matériau de contrôle
soit de la même composition et de la même construction et soit choisi de sorte que ses types de défaillance soient
identiques à ceux du matériau soumis à l'essai. Il est préférable d'utiliser deux matériaux de contrôle, l'un d'une
durabilité relativement bonne et l'autre d'une durabilité relativement faible.
4.2.1.2 Il est nécessaire d'utiliser un nombre suffisant d'éprouvettes identiques de chaque matériau soumis à essai
afin de permettre une évaluation statistique des résultats. Sauf spécification contraire, utiliser un minimum de trois
éprouvettes identiques pour tous les essais et les matériaux de contrôle. Lorsque les propriétés des matériaux sont
mesurées à l'aide d'essais destructifs, un jeu séparé d'éprouvettes est nécessaire pour chaque phase d'exposition.
4.2.2 Dans certains essais de spécification, les matériaux sont exposés simultanément, comme un matériau de
référence aux intempéries (par exemple tissu témoin en laine bleue). La (les) propriété(s) du matériau en essai est
(sont) mesurée(s) après qu'une propriété définie du matériau de référence a atteint un niveau spécifié. Lorsque le
matériau de référence diffère du matériau en essai de par sa composition, il peut ne pas être sensible à une
contrainte d'exposition ayant un effet sur le matériau en essai ou être très sensible à une contrainte d'exposition
ayant un effet limité sur le matériau en essai. La variabilité des résultats du matériau de référence peut être
différente de celle du matériau en essai. Toutes ces différences entre le matériau de référence et le matériau en
essai peuvent produire des résultats erronés.
NOTE Les définitions relatives au matériau de contrôle et au matériau de référence adaptées aux essais en conditions
d'intempéries figurent dans l'article 3.
4.2.3 Dans certains essais de spécification, les propriétés des éprouvettes sont évaluées après un temps
d'exposition ou une exposition énergétique spécifique en utilisant un cycle d'essai avec un ensemble prescrit de
conditions. Il convient de ne pas utiliser les résultats d'un essai d'exposition accéléré effectué conformément à la
présente norme pour établir un degré «de réussite/d'échec» des matériaux fondé sur le niveau d'une propriété
spécifique après un temps d'exposition ou une exposition énergétique spécifique à moins que la reproductibilité du
cycle d'exposition particulier et la méthode de mesurage des propriétés n'aient été établies.
5 Prescriptions relatives aux appareillages d'exposition de laboratoire
5.1 Source lumineuse
5.1.1 L'appareillage d'exposition doit prévoir un emplacement pour les éprouvettes et pour tout capteur concerné
qui permette un éclairement énergétique uniforme de la source lumineuse.
5.1.2 L'appareillage d'exposition doit être conçu de sorte que l'éclairement énergétique en tout emplacement de la
surface utilisée pour les expositions d'éprouvettes représente au moins 70 % de l'éclairement énergétique maximal
mesuré sur cette surface. Les modes opératoires permettant de mesurer l'uniformité de l'éclairement énergétique
sont exposés dans l'annexe B.
NOTE L'uniformité de l'éclairement énergétique dans les appareillages d'exposition dépend de différents facteurs tels que
les dépôts pouvant se développer dans le système optique et sur les parois de la chambre. En outre, l'uniformité de
l'éclairement énergétique peut être affectée par le type et le nombre d'éprouvettes soumises à essai. L'uniformité de
l'éclairement énergétique déclarée par le fabricant est valable pour un nouvel équipement et des conditions de mesurage bien
définies. Dans le cas de la plupart des nouveaux modèles de dispositifs, l'éclairement énergétique en tout point de la surface
d'exposition est d'au moins 80 % de l'éclairement énergétique maximal.
5.1.3 Si l'éclairement énergétique en tout point de la zone utilisée pour l'exposition des éprouvettes est au moins
égal à 90 % de l'éclairement énergétique maximal, le repositionnement régulier des éprouvettes au cours de
l'exposition n'est pas nécessaire.
4
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ISO 4892-1:1999(F)
NOTE Un repositionnement régulier de l'éprouvette est un bon moyen de garantir que toutes les éprouvettes sont
exposées au même niveau de contraintes. Toutefois, ce repositionnement n'est pas requis si les dispositifs satisfont aux
exigences de 5.1.3, relatives à l'uniformité de l'éclairement énergétique.
5.1.4 Si l'éclairement énergétique en tout point de la zone d'exposition se situe entre 70 % et 90 % de l'éclairement
énergétique maximal, les éprouvettes doivent être régulièrement repositionnées au cours de la période d'exposition
pour s'assurer qu'elles reçoivent une quantité similaire de rayons. Le plan de repositionnement doit être approuvé
par toutes les parties concernées.
5.1.5 Suivre les instructions du fabricant des appareillages pour le remplacement des lampes et des filtres, et en
ce qui concerne le vieillissement prématuré des lampes et/ou des filtres.
o
5.1.6 La Publication CIE n 85:1989 fournit des données sur l'éclairement énergétique spectral solaire dans des
conditions atmosphériques types, pouvant être utilisées comme base de comparaison des sources lumineuses de
laboratoire avec la lumière du jour. Par exemple, la valeur de l'éclairement énergétique solaire global dans la bande
2
de 300 nm à 2 450 nm est donnée à 1 090 W/m pour une masse d'air relative de 1, avec 1,42 cm d'eau
précipitable, et 0,34 cm d'ozone (mesurée à une pression de 1 atm et à une température de 0 °C). Le Tableau 1
définit l'éclairement énergétique spectral condensé à large bande pour un rayonnement solaire global dans cette
condition atmosphérique, pour les ultraviolets, le spectre visible et l'infrarouge. Ceci représente l'éclairement
énergétique solaire global rencontré par les matériaux exposés sur une surface horizontale au niveau de l'équateur,
à midi, par beau temps lors de l'équinoxe de printemps ou d'automne.
Tableau 1 — Éclairement énergétique spectral global
o
(résumé tiré du Tableau 4 de la Publication CIE n 85:1989)
En pourcentage d'UV
Longueur d'onde Éclairement énergétique En pourcentage du total
et visible
.
-2
nm W m 300 nm à 2 450 nm 300 nm à 800 nm
300 à 320 4,1 0,4 0,6
320 à 360 28,5 2,6 4,2
360 à 400 42,0 3,9 6,2
300 à 400 74,6 6,8 11,0
400 à 800 604,2 55,4 89,0
300 à 800 678,8 62,2 100,0
800 à 2 450 411,6 37,8
300 à 2 450 1 090,4 100,0
Le rayonnement produit par l'arc au xénon, l'arc au carbone ouvert et certaines lampes fluorescentes contient une
quantité considérable d'ultraviolets dont la longueur d'onde est plus courte que celle des ultraviolets présents dans
la lumière du jour. Avec une sélection appropriée des filtres pour ces sources lumineuses, la majeure partie de la
lumière de courte longueur d'onde peut être éliminée. Cependant, certains filtres laissent passer une quantité, faible
mais significative, de ce rayonnement de longueur d'onde courte (inférieure à 300 nm). Les lampes fluorescentes
peuvent être choisies de manière à obtenir une répartition spectrale correspondant à une région donnée du spectre
ultraviolet de la lumière du jour. L'arc au xénon, lorsqu'il est filtré de manière appropriée, produit un rayonnement
dont la répartition de la puissance spectrale est une bonne simulation de la lumière du jour moyenne dans la région
des ultraviolets et du spectre visible.
5.1.7 Un radiomètre, conforme aux prescriptions soulignées dans l'ISO 9370, peut être utilisé pour mesurer
l'éclairement énergétique E ou l'éclairement énergétique spectral E , ainsi que l'exposition à l'éclairementl
énergétique H ou l'éclairement énergétique spectral H , sur la surface des éprouvettes.l
5.1.7.1 Lorsqu'il est utilisé, le radiomètre doit être monté de sorte qu'il reçoive le même rayonnement que la
surface des éprouvettes. Lorsqu'il n'est pas positionné dans le plan des éprouvettes, il doit avoir un champ de vision
suffisant et doit être calibré pour un éclairement énergétique par rapport à la distance des éprouvettes.
5
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ISO 4892-1:1999(F)
Le radiomètre doit être calibré dans la région d'émission de la source lumineuse utilisée. Le calibrage doit
5.1.7.2
être vérifié selon les instructions du fabricant de l'instrument de mesure du rayonnement. Un calibrage complet du
radiomètre doit être effectué au moins une fois par an par un laboratoire accrédité agréé. Des calibrages plus
fréquents sont recommandés.
5.1.7.3 Lorsqu'il est mesuré, l'éclairement énergétique dans la plage de longueurs d'ondes convenue entre toutes
les parties intéressées doit être mentionné dans le rapport d'essai. Certains appareillages prévoient le mesurage de
l'éclairement énergétique dans une plage de longueurs d'ondes spécifique (par exemple 300 nm à 400 nm ou
300 nm à 800 nm), ou dans une bande passante étroite centrée autour d'une longueur d'onde unique (par exemple
340 nm).
5.2 Température
5.2.1 La température superficielle des matériaux exposés dépend principalement de l'absorption du rayonnement,
de l'émissivité de l'éprouvette, de la conduction thermique au sein de l'éprouvette, et de la transmission de chaleur
entre l'éprouvette et l'air ou le porte-éprouvettes. Étant donné qu'il n'est pas pratique de surveiller la température
superficielle des éprouvettes individuelles, un capteur thermique à panneau noir est utilisé pour mesurer et contrôler
la température dans l'enceinte d'essai. Il est fortement recommandé que le capteur thermique à panneau noir soit
monté sur un support dans la zone d'exposition des éprouvettes de sorte qu'il reçoive les mêmes conditions de
rayonnement et de refroidissement qu'une surface plane de panneau d'essai utilisant le même support. Le panneau
noir peut également être placé à une distance fixe différente de celle des éprouvettes d'essai et être étalonné à la
température de la zone
...
Questions, Comments and Discussion
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