同是光老化試驗設備，氙燈耐氣候試驗箱與碳弧燈老化試驗箱的區(qū)別

同是光老化試驗設備，氙燈耐氣候試驗箱與碳弧燈老化試驗箱的區(qū)別

    氙燈耐氣候試驗箱又名“氙燈老化試驗箱"。

    造成材料老化的主要因素是陽光和潮濕，氙燈氣候試驗箱可以模擬由陽光、雨水和露水造成的危害，利用氙燈模擬陽光照射的效果，利用冷凝濕氣模擬雨水和露水，被測材料放置在一定溫度下的光照和潮氣交替的循環(huán)程序中進行測試，用數(shù)天或數(shù)周的時間即可重現(xiàn)戶外數(shù)月乃至數(shù)年出現(xiàn)的危害，人工加速老化試驗數(shù)據(jù)可以幫助選擇新材料，改造現(xiàn)有材料，以及評價配方的變化是如何影響產(chǎn)品的耐久性的。

    碳弧燈老化試驗箱

    碳弧燈老化試驗箱可用于新材料的選擇，改進現(xiàn)有材料或評估材料組成變化后耐用性的變化等試驗。

    碳弧燈老化試驗箱可以很好的模擬在不同環(huán)境條件內(nèi)，材料曝露在陽光下所產(chǎn)生的變化。通過將材料曝露在紫外線(UV)、可見光和紅外光下，對材料的耐光性進行測定。它采用經(jīng)過過渡處理的氙弧燈是測試產(chǎn)品對直接光照中或透過玻璃的陽光中的較長波長段紫外線和可見光的敏感度的方式。

    氙弧燈和碳弧燈是兩種不同光源的光老化試驗設備，氙弧燈在檢測中的應用遠遠多于碳弧燈。

    氙弧燈是一種新的也是好的光源，通過更換慮光罩，其可以較好的模擬戶外自然太陽光和透過窗玻璃的太陽光。它首先應用于塑料行業(yè)，由于其檢測結(jié)果能夠更好的模擬產(chǎn)品實際的耐候性，因此許多國際規(guī)范，如AATCC、ASTM、ISO和政府組織都采用氙弧燈。紡織行業(yè)是傳統(tǒng)使用碳弧燈的用戶，現(xiàn)在也改變了規(guī)范采用氙弧燈。

    400－800nm之間也沒有日光的高強度能量。日光型碳弧燈的SPD與日光的SPD的匹配性有所改善，但二者在50到350nm之間的光譜分布還是有較大的差異。

    因此，從總體上來說，碳弧燈的檢測結(jié)果與產(chǎn)品的實際耐候性之間的相關(guān)性比較差。目前，一些舊的標準或規(guī)范仍采用碳弧燈設備。

    使用碳弧燈的另外一個傳統(tǒng)行業(yè)是汽車行業(yè)，不過近年來大部分的歐美汽車公司已經(jīng)普遍采用氙弧燈，目前仍在使用碳弧燈的大多是日本汽車企業(yè)，但很多日本汽車企業(yè)也已經(jīng)將氙弧燈納入其規(guī)范中作為選用方法。

    塑料、橡膠、涂料等高分子材料在使用過程中遇到老化的問題：

    為評價高分子材料的耐老化性能，逐漸形成了兩類老化試驗方法：一類是自然老化試驗方法，即直接利用自然環(huán)境進行的老化試驗；另一類是人工加速老化試驗方法，即在實驗室利用老化箱模擬自然環(huán)境條件的某些老化因素進行的老化試驗。

    由于老化因素的多樣性及老化機理的復雜性，自然老化無疑是最重要可靠的老化試驗方法。

    但是，由于自然老化周期相對較長，不同年份、季節(jié)、地區(qū)氣候條件的差異性導致了試驗結(jié)果的不可比性；而人工加速老化試驗模擬強化了自然氣候中的某些重要因素，如陽光、溫度、濕度、降雨等，縮短了老化試驗的周期，且由于試驗條件的可控性，試驗結(jié)果再現(xiàn)性強。人工老化作為自然老化的重要補充，正廣泛運用于高分子材料的研究、開發(fā)、檢測中。

    在人工加速老化的試驗過程中，人們普遍會關(guān)心以下幾個問題：

    應該選擇什么樣的試驗條件，進行多長時間的試驗？

    該選擇什么指標來評價該產(chǎn)品的老化性能？

    ·人工加速老化試驗條件的選擇

    這個問題實際上可以理解為應該模擬哪些老化因素。高分子材料在使用過程中，氣候環(huán)境里許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chǎn)生作用。如果事先知道產(chǎn)生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗方法。

    我們可以從該材料的運輸、儲存、使用環(huán)境以及其老化機理等方面考慮，確定試驗方法。

    例如硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為原料，添加穩(wěn)定劑、顏料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的老化機理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環(huán)境考慮；空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。因此，國標GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規(guī)定了光氧老化試驗方法，采用GB/T16422.2《塑料實驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》老化4000h或6000h，模擬了室外紫外光及可見光、溫度、濕度、降雨等因素，同時又規(guī)定了熱氧老化項目：加熱后狀態(tài)，150℃放置30min，目測觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂紋、麻點或分離現(xiàn)象，以考察型材的耐熱性能。

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    ·人工加速老化光源的選擇

    實驗室光源曝露試驗因為可以在一個試驗箱中同時模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為常用的一種人工加速老化試驗方法，在這些模擬因素中，又以光源最為重要。經(jīng)驗表明，陽光中引起高分子材料破環(huán)的波長主要集中在紫外線及部分可見光。

    目前使用的人工光源都力圖使在此波長區(qū)間內(nèi)的能譜分布曲線與太陽光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個世紀的發(fā)展，實驗室光源已有封閉式碳弧燈、陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國際標準化組織(ISO）中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。

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    1、氙弧燈

    目前認為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm近紅外區(qū)存在很強的輻射峰，會產(chǎn)生大量的熱。因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風冷式，同時結(jié)構(gòu)也較為復雜，價格也比較昂貴。

    2、熒光紫外燈

    從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達到快速試驗的效果。

    熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達到較高的加速倍率。然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時還有在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導致得出不可靠的結(jié)果。因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實現(xiàn)對特定材料的快速篩選。

    3、陽光型碳弧燈

    陽光型碳弧燈目前在我國應用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標準都采用陽光型碳弧燈。我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在370nm－390nm紫外線集中加強，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間

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    ·試驗時間的確定

    1、參照相關(guān)產(chǎn)品標準規(guī)定

    相關(guān)產(chǎn)品標準里已經(jīng)對老化試驗的時間作出了規(guī)定，我們只需查找到相關(guān)標準，按里面規(guī)定的時間執(zhí)行就行了。許多國家標準、行業(yè)標準中都對此作出了規(guī)定。

    2、根據(jù)已知的相關(guān)性推算

    研究表明：通過顏色和變黃指數(shù)變化來評價ABS的顏色穩(wěn)定性，人工加速老化與自然大氣暴露有較好的相關(guān)性，加速倍率約為7。如果想了解某一ABS材料戶外使用一年后的顏色變化，采用相同的試驗條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時間365x24/7=1251h。

    長期以來，國內(nèi)外就相關(guān)性問題展開了大量的研究，得出了許許多多的換算關(guān)系式。然而，由于高分子材料的多樣性，加速老化試驗設備及方法的不同，不同時間、地區(qū)氣候的差異性導致了換算關(guān)系的復雜化。因此，在選擇換算關(guān)系時，一定要注意得出該相關(guān)性的具體材料、老化設備、試驗條件、性能評價指標等因素。

    3、控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當

    對于某些既無相應標準規(guī)定，又無處參考相關(guān)性的產(chǎn)品，可以考慮其實際使用環(huán)境的輻射強度，控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當。

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    ·性能評價指標的選擇

    選擇性能評價指標主要從材料的用途及材料本身特性兩方面來考慮。

    根據(jù)材料用途確定評價指標。對于同樣的材料，由于其用途不同，可能選擇的評價指標也不同。例如，同樣是涂料，如果是用于裝飾，就必須重點考慮其外觀的變化。在GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評級》中，詳細規(guī)定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評級方法。

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