人工加速老化测试-氙灯老化箱

摘要讨论两种常见的、不同类型、测试条件一致的氙灯试验箱。详述了其不同的配置对光谱、辐照度控制、过滤器类型、潮湿、湿度控制、温度控制和校准等的影响。阐述了样品安置、设备的维护保养等实际操作方面的问题以及老化测试标准。关键词: ; 平板; 过滤器; ; 标准中图分类号: TM923.323 文献标识码: A文章编号: 1672- 9242（ 2005） 04- 0088- 06。*每年因老化而造成的产品损失达数亿美元, 材料的老化包括褪色、失光、氧化、开裂、粉化和强度下降等现象。目前, 评价材料的老化主要通过2 种方法: 户外曝晒和人工加速老化。其中人工加速老化主要有开放式碳弧灯、紫外光和氙弧灯。文中主要讨论2种常用的氙灯试验箱。1 1918 年, 世界上出现了第1 台旋转鼓式氙灯老化试验箱, 它使用1 个碳弧灯作为光源, 光源或灯管垂直放置在仪器的中央, 周围带有1 个过滤系统。测试样品面向光源安装, 并像传送带一样围绕中心灯旋转。自*次世界大战以来, 这种试验箱也不断地改进, 但其基本设计原理一直没有改变。zui为常见的试验箱的灯管冷却系统采用水冷却, 这种类型的水冷氙弧试验箱被称为“ 旋转鼓型”。近年来, 出现了新型的静态样品安置的氙灯试验箱, 在测试室的顶部安装了一个或多个气冷氙灯管。在这一系统中, 过滤器是平板型的, 且被置于灯管下部, 同时在测试室的顶部和侧部装有反射系统以增强辐照度的均匀性。测试样品被安装在灯管下方的样品盘上。托盘略微倾斜小角度, 以便使水流走, 这种类型的试验箱被称为“ 平板型”。无论哪种类型的试验箱, 都带有控制光线强度（ 辐照度） 、温度和相对湿度的控制系统, 如图1、2所示。氙灯试验箱广泛用来测试材料和产品的光稳定性和抗老化性, 因为氙弧灯发出的光谱很接近完整的包括紫外线（UV）、可视光和红外线（IR）太阳光谱。为获得准确的, 重复性好的测试结果, 所有的光稳定性或老化性能测试必须控制光线的质量, 光强的改变会影响材料损坏的速度, 而光谱能量分布的改变则会影响材料降解的速度和类型。氙弧灯的发射情况是比较复杂的, 因为它牵扯几个变量, 包括过滤器传输、辐照度控制点、发光强度以及灯管老化等。辐照度控制系统对光强和光谱都有影响。下面将分别就氙灯试验箱的几个主要控制参数分别讨论。1.1 光学过滤器未经滤光的氙弧灯发射过多的短波紫外线, 以至于不能很好的模拟地球表面自然暴露, 因此, 试验箱使用各种类型的过滤器来减少不必要的短波射线。过滤器的选择取决于被测试的材料和使用环境。大多数过滤器型号都对光谱的短波部分进行有效地过滤。平板型氙灯试验箱给每一个气冷氙灯配备了一块或多块平面玻璃过滤器。水冷旋转鼓式试验箱使用不同的过滤系统, 包括围绕氙灯放置的圆柱形内、外过滤器。目前, 氙灯试验箱中采用3 种不同的过滤器系统。ASTM G155 标准中, 它们分别被命名为日光过滤器、窗玻璃过滤器和延伸紫外线过滤器。ISO 标准使用不同的命名法。对于日光光谱、透过窗玻璃的阳光光谱, ISO 11341 （颜料）中分别称做“ 方法1”和“ 方法2”; ISO 4892- 2 （塑料）中分别称做“ 方法A”和“ 方法B”。ISO 标准中没有提到延伸紫外线光谱,但有几个SAE 标准则对此有要求。这些过滤器之间的zui重要的区别是短波紫外线传输和光谱截止点。不同数量的短波紫外线可显著地影响降解的速度和类型。老化试验箱的制造商经常使用他们自己的命名法来给各类过滤器和过滤器系统命名。日光过滤器是应用的氙灯过滤器, 它可产生非常类似夏日正午阳光的光谱（ 有时称作阳光zui大值） 。平板氙灯试验箱的制造商把这一类型的过滤器简称作“ 日光过滤器”。可以产生类似的日光过滤作用的过滤器组合, 称作“ 硼硅酸盐/ 硼硅酸盐”（Boro/Boro） 和“ CIRA/ 碳酸石灰”。太阳光、日光过滤器、Boro/Boro 及CIRA/ 碳酸石灰的过滤器光谱能量分布, 如图3 所示。大部分的过滤器都能很好地匹配太阳光的光谱。