同是光老化試驗(yàn)設(shè)備，氙燈耐氣候試驗(yàn)箱與碳弧燈老化試驗(yàn)箱的區(qū)別

    氙燈耐氣候試驗(yàn)箱又名“氙燈老化試驗(yàn)箱"。

    造成材料老化的主要因素是陽光和潮濕，氙燈氣候試驗(yàn)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(cè)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(jìn)行測(cè)試，用數(shù)天或數(shù)周的時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)可以幫助選擇新材料，改造現(xiàn)有材料，以及評(píng)價(jià)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(yàn)箱

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

    碳弧燈老化試驗(yàn)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(duì)材料的耐光性進(jìn)行測(cè)定。它采用經(jīng)過過渡處理的氙弧燈是測(cè)試產(chǎn)品對(duì)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(yàn)設(shè)備，氙弧燈在檢測(cè)中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yīng)用于塑料行業(yè)，由于其檢測(cè)結(jié)果能夠更好的模擬產(chǎn)品實(shí)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(qiáng)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(cè)結(jié)果與產(chǎn)品的實(shí)際耐候性之間的相關(guān)性比較差。目前，一些舊的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范仍采用碳弧燈設(shè)備。

    使用碳弧燈的另外一個(gè)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(píng)價(jià)高分子材料的耐老化性能，逐漸形成了兩類老化試驗(yàn)方法：一類是自然老化試驗(yàn)方法，即直接利用自然環(huán)境進(jìn)行的老化試驗(yàn)；另一類是人工加速老化試驗(yàn)方法，即在實(shí)驗(yàn)室利用老化箱模擬自然環(huán)境條件的某些老化因素進(jìn)行的老化試驗(yàn)。

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

    但是，由于自然老化周期相對(duì)較長，不同年份、季節(jié)、地區(qū)氣候條件的差異性導(dǎo)致了試驗(yàn)結(jié)果的不可比性；而人工加速老化試驗(yàn)?zāi)M強(qiáng)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(yàn)的周期，且由于試驗(yàn)條件的可控性，試驗(yàn)結(jié)果再現(xiàn)性強(qiáng)。人工老化作為自然老化的重要補(bǔ)充，正廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究、開發(fā)、檢測(cè)中。

    在人工加速老化的試驗(yàn)過程中，人們普遍會(huì)關(guān)心以下幾個(gè)問題：

    應(yīng)該選擇什么樣的試驗(yàn)條件，進(jìn)行多長時(shí)間的試驗(yàn)？

    該選擇什么指標(biāo)來評(píng)價(jià)該產(chǎn)品的老化性能？

    ·人工加速老化試驗(yàn)條件的選擇

    這個(gè)問題實(shí)際上可以理解為應(yīng)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(duì)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(duì)性的選擇試驗(yàn)方法。

    我們可以從該材料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用環(huán)境以及其老化機(jī)理等方面考慮，確定試驗(yàn)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(jī)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(biāo)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(yàn)方法，采用GB/T16422.2《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)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(shí)又規(guī)定了熱氧老化項(xiàng)目：加熱后狀態(tài)，150℃放置30min，目測(cè)觀察是否出現(xiàn)氣泡、裂紋、麻點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)試驗(yàn)箱中同時(shí)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(yàn)方法，在這些模擬因素中，又以光源最為重要。經(jīng)驗(yàn)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(gè)世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO）中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會(huì)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(rèn)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(dá)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(qiáng)的輻射峰，會(huì)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(yàn)裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時(shí)結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價(jià)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(dá)到快速試驗(yàn)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(dá)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(shí)還有在地球表面測(cè)量時(shí)自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會(huì)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(duì)較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會(huì)出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會(huì)導(dǎo)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(hào)的燈管可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)，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(yàn)時(shí)間的確定

    1、參照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

    相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)對(duì)老化試驗(yàn)的時(shí)間作出了規(guī)定，我們只需查找到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按里面規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行就行了。許多國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)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(píng)價(jià)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(yàn)條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時(shí)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(yàn)設(shè)備及方法的不同，不同時(shí)間、地區(qū)氣候的差異性導(dǎo)致了換算關(guān)系的復(fù)雜化。因此，在選擇換算關(guān)系時(shí)，一定要注意得出該相關(guān)性的具體材料、老化設(shè)備、試驗(yàn)條件、性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(dāng)

    對(duì)于某些既無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又無處參考相關(guān)性的產(chǎn)品，可以考慮其實(shí)際使用環(huán)境的輻射強(qiáng)度，控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)。

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    ·性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

    選擇性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于同樣的材料，由于其用途不同，可能選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)也不同。例如，同樣是涂料，如果是用于裝飾，就必須重點(diǎn)考慮其外觀的變化。在GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)》中，詳細(xì)規(guī)定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評(píng)級(jí)方法。

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