解析耐氣候光老化試驗不同測試儀器

*每年因老化而造成的產(chǎn)品損失達熟億美元，材料的老化包括推色、失光、氧化、開裂、粉化和強度下降等現(xiàn)象。目前，評價材料的老化主要通過2種方法：戶外暴曬和人工加速老化。其中人工加速老化主要有開放式碳弧等、紫外光和氙弧等。文中主要討論2種常用的氙燈試驗箱。

旋轉(zhuǎn)鼓型和平板型氙燈試驗箱

1918年，世界上出現(xiàn)了第1臺旋轉(zhuǎn)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*，周圍帶有1個過濾系統(tǒng)。測試樣品面向光源安裝，并像傳達帶一樣圍繞中心燈旋轉(zhuǎn)。自*場世界大戰(zhàn)以來，這種試驗箱也不斷地改進，但其基本設(shè)計原理一直沒有改變。zui為常見的試驗箱的燈管冷卻系統(tǒng)采用水冷卻，這種類型的水冷氙弧試驗箱被稱為“旋轉(zhuǎn)鼓型”。

今年來，出現(xiàn)了新型的靜態(tài)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(tǒng)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(cè)部裝有反射系統(tǒng)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(tǒng)，

    氙燈試驗箱廣泛用來測試材料和產(chǎn)品的光穩(wěn)定性和抗老化性，因為氙弧燈發(fā)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(jié)果，所有的光穩(wěn)定性或老化性能測試必須控制光線的質(zhì)量，光強的改變則會影響材料損壞速度，面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(fā)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(fā)光強度以及燈管老化等。輻照度控制系統(tǒng)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(shù)分別討論。

  1.1 光學過濾器

     未經(jīng)光的氙弧燈發(fā)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(huán)境.大多數(shù)過濾器型號都對光譜的短波部分進行有效地過濾.

     平析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(zhuǎn)鼓式試驗箱使用不同的過濾系統(tǒng),包括圍繞氙燈放置的圓柱形內(nèi)\外過濾器.期

     目前,氙燈試驗箱中采用3種不同的過濾器系統(tǒng).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(qū)別是短波紫外線傳輸和光譜截止點。不同數(shù)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(jīng)常使用他們自己的命名法來給各類過濾和過濾器系統(tǒng)命名。

      日光過濾器是應用的氙燈過濾器，它可產(chǎn)生非常類似夏日下午陽光的光譜（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?？梢援a(chǎn)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。

不同的過濾器在超短紫外波長區(qū)域有著顯著的差別。雖然平板日光過濾器和旋轉(zhuǎn)鼓式CIRA/SL過濾器都能很好地與陽光吻合，但旋轉(zhuǎn)鼓式Boro/Boro過濾器在280nm處有著不真實的低截止波長（遠比陽光的295nm截止點更為嚴格）。也就是意味著樣品所受的紫外光暴露遠短于實際的使用環(huán)境，他可以加速材料的老化，但并不真實并可以導致一些材料的相關(guān)性問題。窗玻璃過濾器模擬透過玻璃的太陽光譜，通常用于室內(nèi)產(chǎn)品的老化測試。用于平板型氙燈試驗箱簡稱“窗玻璃過濾器”。用于旋轉(zhuǎn)鼓型試驗箱的過濾器則為“硼硅酸鹽/蘇達石灰”（也叫做Boro蘇達石灰，Boro/SL等）。圖4顯示了一個平板型和旋轉(zhuǎn)鼓式窗玻璃過濾器的SPD,與通過窗玻璃過濾的陽光進行的比較。兩種類型的窗玻璃過濾器都可很好地與通過窗玻璃的實際陽光吻合。

   平板型窗玻璃過濾器在關(guān)鍵短波紫外線區(qū)域里更為真實一些。這一差異對于一些材料的黃變和物理性能變化是非常重要的。褪色和變色是暴露在室內(nèi)的材料的zui普通的問題。由于褪色和變色通常為長波紫外線和可視光降解的結(jié)果，這一差異會嚴重地影響測試結(jié)果。