人工加速老化測試-氙燈老化箱

摘要討論兩種常見的、不同類型、測試條件一致的氙燈試驗箱。詳述了其不同的配置對光譜、輻照度控制、過濾器類型、潮濕、濕度控制、溫度控制和校準等的影響。闡述了樣品安置、設備的維護保養等實際操作方面的問題以及老化測試標準。關鍵詞: ; 平板; 過濾器; ; 標準中圖分類號: TM923.323 文獻標識碼: A文章編號: 1672- 9242（ 2005） 04- 0088- 06。*每年因老化而造成的產品損失達數億美元, 材料的老化包括褪色、失光、氧化、開裂、粉化和強度下降等現象。目前, 評價材料的老化主要通過2 種方法: 戶外曝曬和人工加速老化。其中人工加速老化主要有開放式碳弧燈、紫外光和氙弧燈。文中主要討論2種常用的氙燈試驗箱。1 1918 年, 世界上出現了第1 臺旋轉鼓式氙燈老化試驗箱, 它使用1 個碳弧燈作為光源, 光源或燈管垂直放置在儀器的中央, 周圍帶有1 個過濾系統。測試樣品面向光源安裝, 并像傳送帶一樣圍繞中心燈旋轉。自*次世界大戰以來, 這種試驗箱也不斷地改進, 但其基本設計原理一直沒有改變。zui為常見的試驗箱的燈管冷卻系統采用水冷卻, 這種類型的水冷氙弧試驗箱被稱為“ 旋轉鼓型”。近年來, 出現了新型的靜態樣品安置的氙燈試驗箱, 在測試室的頂部安裝了一個或多個氣冷氙燈管。在這一系統中, 過濾器是平板型的, 且被置于燈管下部, 同時在測試室的頂部和側部裝有反射系統以增強輻照度的均勻性。測試樣品被安裝在燈管下方的樣品盤上。托盤略微傾斜小角度, 以便使水流走, 這種類型的試驗箱被稱為“ 平板型”。無論哪種類型的試驗箱, 都帶有控制光線強度（ 輻照度） 、溫度和相對濕度的控制系統, 如圖1、2所示。氙燈試驗箱廣泛用來測試材料和產品的光穩定性和抗老化性, 因為氙弧燈發出的光譜很接近完整的包括紫外線（UV）、可視光和紅外線（IR）太陽光譜。為獲得準確的, 重復性好的測試結果, 所有的光穩定性或老化性能測試必須控制光線的質量, 光強的改變會影響材料損壞的速度, 而光譜能量分布的改變則會影響材料降解的速度和類型。氙弧燈的發射情況是比較復雜的, 因為它牽扯幾個變量, 包括過濾器傳輸、輻照度控制點、發光強度以及燈管老化等。輻照度控制系統對光強和光譜都有影響。下面將分別就氙燈試驗箱的幾個主要控制參數分別討論。1.1 光學過濾器未經濾光的氙弧燈發射過多的短波紫外線, 以至于不能很好的模擬地球表面自然暴露, 因此, 試驗箱使用各種類型的過濾器來減少不必要的短波射線。過濾器的選擇取決于被測試的材料和使用環境。大多數過濾器型號都對光譜的短波部分進行有效地過濾。平板型氙燈試驗箱給每一個氣冷氙燈配備了一塊或多塊平面玻璃過濾器。水冷旋轉鼓式試驗箱使用不同的過濾系統, 包括圍繞氙燈放置的圓柱形內、外過濾器。目前, 氙燈試驗箱中采用3 種不同的過濾器系統。ASTM G155 標準中, 它們分別被命名為日光過濾器、窗玻璃過濾器和延伸紫外線過濾器。ISO 標準使用不同的命名法。對于日光光譜、透過窗玻璃的陽光光譜, ISO 11341 （顏料）中分別稱做“ 方法1”和“ 方法2”; ISO 4892- 2 （塑料）中分別稱做“ 方法A”和“ 方法B”。ISO 標準中沒有提到延伸紫外線光譜,但有幾個SAE 標準則對此有要求。這些過濾器之間的zui重要的區別是短波紫外線傳輸和光譜截止點。不同數量的短波紫外線可顯著地影響降解的速度和類型。老化試驗箱的制造商經常使用他們自己的命名法來給各類過濾器和過濾器系統命名。日光過濾器是應用的氙燈過濾器, 它可產生非常類似夏日正午陽光的光譜（ 有時稱作陽光zui大值） 。平板氙燈試驗箱的制造商把這一類型的過濾器簡稱作“ 日光過濾器”。可以產生類似的日光過濾作用的過濾器組合, 稱作“ 硼硅酸鹽/ 硼硅酸鹽”（Boro/Boro） 和“ CIRA/ 碳酸石灰”。太陽光、日光過濾器、Boro/Boro 及CIRA/ 碳酸石灰的過濾器光譜能量分布, 如圖3 所示。大部分的過濾器都能很好地匹配太陽光的光譜。