氙燈老化箱和紫外老化箱的比較

 氣候和陽(yáng)光輻照是損害涂料、塑料、油墨及其他高分子材料的主要原因，這種損害包括失光、褪色、黃變、開(kāi)裂、脫皮、脆化、強(qiáng)度降低及分層。即使是室內(nèi)的光及通過(guò)玻璃窗透射的太陽(yáng)光也都會(huì)使一些材料老化，比如引起顏料、染料等褪色或變色。   

 對(duì)許多制造商而言，產(chǎn)品的耐老化和耐光性是極其重要的。加速檢測(cè)老化和光穩(wěn)定性的設(shè)備被廣泛用于研究開(kāi)發(fā)、質(zhì)量、控制和材料檢定，這些檢測(cè)設(shè)備提供快速并且可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果。近年來(lái)，低價(jià)位且使用方便的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，包括UV紫外老化紫外老化設(shè)備符合ASTM G 154、氙燈儀氙燈老化箱符合ASTM G155。

   測(cè)試抗老化和光穩(wěn)定性的最佳方法經(jīng)常引起爭(zhēng)論。幾年來(lái)，各種各樣的方法都被應(yīng)用過(guò)，現(xiàn)在大部分研究者使用自然曝露方法,氙燈儀氙弧燈或UV紫外老化紫外老化箱試驗(yàn)設(shè)備。自然曝露測(cè)試方法有很多優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際、便宜、易于操作，然而大部分制造商不愿意等上幾年的時(shí)間來(lái)觀察一種新的改良的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否真的得到改進(jìn)。

   氙燈老化箱和UV紫外老化箱是應(yīng)用最廣泛的加速老化檢測(cè)設(shè)備，這兩種檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試原理完全不同。氙燈老化箱模擬太陽(yáng)光的所有光譜，包括紫外線（UV）、可見(jiàn)光和紅外線（IR），氙燈光譜在295 nm到800 nm范圍內(nèi)基本上與太陽(yáng)光的光譜相吻合。被用來(lái)測(cè)試許多產(chǎn)品，這些產(chǎn)品對(duì)紫外線的長(zhǎng)波段、可見(jiàn)光及紅外線較敏感。

    UV不能模擬全光譜太陽(yáng)光。它的原理是，對(duì)于曝露在室外的經(jīng)久耐用的材料，紫外線的短波段300~400 nm是引起老化損害的最主要原因。從中可以看出，在紫外線的短波區(qū)域，即從365 nm到太陽(yáng)光的最低波段，QUV能很好地模擬太陽(yáng)光，然而，對(duì)于長(zhǎng)一點(diǎn)的波長(zhǎng)它將無(wú)能為力。

   測(cè)試的最佳方法依賴于測(cè)試需要，每種方法都可能非常有效。應(yīng)該根據(jù)被測(cè)產(chǎn)品或材料、最終的應(yīng)用條件、所考慮的降解模式和預(yù)算來(lái)選擇合適的檢測(cè)設(shè)備。

    1老化的3要素

   光照、高溫和潮濕，這3個(gè)因素中的任何一個(gè)都會(huì)引起材料的老化損害，但它們往往同時(shí)發(fā)生作用，所造成的危害將大于其中任一因素的單獨(dú)作用。

    1.1光照

   不同材料對(duì)光的敏感性不同。對(duì)于經(jīng)久耐用的材料，如大多數(shù)涂料、塑料，紫外線的短波段是引起大部分聚合物老化的原因。然而，對(duì)于不是那么經(jīng)久耐用的材料，比如一些顏料和染料，紫外線的長(zhǎng)波段甚至可見(jiàn)光也會(huì)使其產(chǎn)生嚴(yán)重的老化。

    1.2高溫

   當(dāng)溫度升高時(shí)，光的破壞作用也將隨之增大。盡管溫度不影響主要的光致反應(yīng)，但卻影響次要的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室老化測(cè)試必須提供**的溫度控制，通常還通過(guò)升溫的方法來(lái)加速老化過(guò)程。

    1.3潮濕

   露水、雨水及高濕度是引起潮濕危害的主要原因。研究表明，放在室外的物品每天都將長(zhǎng)時(shí)間（平均每天8-12 h處于潮濕狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，由潮氣形成的露水是室外潮濕的主要因素，露水造成的危害比雨水更大，因?yàn)樗街诓牧仙系臅r(shí)間更長(zhǎng)，引起更為嚴(yán)重的潮濕吸收。當(dāng)然，雨水對(duì)材料的危害也很大，雨水將引起熱沖擊。比如一輛在炎熱夏日里溫度升高的汽車突然因陣雨而急劇降溫，就會(huì)產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象。雨水沖刷引起的機(jī)械侵蝕也會(huì)加速材料發(fā)生老化，如木材涂層因雨水沖洗去除了表面老化層，將未老化的里層暴露于太陽(yáng)光下，從而產(chǎn)生進(jìn)一步老化。          

   對(duì)于室內(nèi)材料，濕氣的主要作用往往是機(jī)械應(yīng)力，它因材料試圖與周圍保持潮濕平衡而引起，材料所經(jīng)受的濕氣越大，需要克服的應(yīng)力也越大。濕氣環(huán)境還是室外材料發(fā)生老化的一個(gè)重要因素，在室外，周圍相對(duì)濕度（RH）將影響一種潮濕材料的干燥速度。

    UV紫外老化和氙燈儀以各自不同的方式來(lái)模擬光照、高溫和潮濕。

    2. UV紫外老化老化試驗(yàn)設(shè)備

    2.1陽(yáng)光模擬

    UV紫外老化利用熒光紫外線燈模擬太陽(yáng)光來(lái)對(duì)一耐久性材料造成損害。紫外燈在電學(xué)原理上與普通照明用的燈很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見(jiàn)光或紅外線。

   不同的應(yīng)用條件需要的不同光譜，進(jìn)而需要一不同類型的燈管。UVA-340燈管對(duì)太陽(yáng)光的紫外短波段模擬效果好，其光譜能量分布（SPD）在太陽(yáng)光的截止點(diǎn)到大約360 nm范圍內(nèi)與太陽(yáng)光譜吻合得非常好。

    UV-B型燈管在QUV中也被廣泛應(yīng)用。它們比UV-A型燈管引起更快的材料老化，但它比太陽(yáng)光截止點(diǎn)更短的波長(zhǎng)量可能會(huì)對(duì)許多材料產(chǎn)生不切實(shí)際的結(jié)果。

   UVA-340燈管在已有燈管中對(duì)太陽(yáng)光紫外短波段的模擬效果是最佳的。UV-B類型的燈管利用紫外線的短波段達(dá)到最快                                                                                                                            速老化的目的，對(duì)特別經(jīng)久耐用材料的檢定或質(zhì)量控制非常有用。

    2.2輻照度控制

   為了獲得**且可重復(fù)的測(cè)試結(jié)果，控制輻照度（光強(qiáng)）很有必要。大多數(shù)型號(hào)的QUV都裝備有日光眼光強(qiáng)控制器，這種**的光控系統(tǒng)為使用者選擇輻照度提供了方便。利用日光眼的反饋循環(huán)系統(tǒng)，可以連續(xù)、自動(dòng)地控制且**地保持輻照度，日光眼靠調(diào)整燈的功率來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償因燈管老化和其他因素造成的光強(qiáng)變化。在僅僅幾天或幾周內(nèi)QUV能模擬在室外幾個(gè)月甚至幾年所造成的害。

   在QUV內(nèi)部，因熒光紫外線燈固有的光譜穩(wěn)定性，發(fā)光控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。隨著燈管的老化，所有光源的輸出都會(huì)發(fā)生衰減，然而，不像大多數(shù)其它類型的燈管，紫外燈的光譜不會(huì)隨時(shí)間變化，這也提高了測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性，也是使用QUV進(jìn)行測(cè)試的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。

  在QUV中使用過(guò)2h的燈管和使用過(guò)5 600 h的燈管輻照度控制之間的比較，可以看出，新燈管和長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)的燈管光譜之間的差別幾乎難以辨別。這是因?yàn)椋环矫嫒展庋壅斩瓤刂破饔脕?lái)維持光強(qiáng)，另外，因?yàn)樽贤鉄艄逃械墓庾V穩(wěn)定性，光譜能量分布幾乎保持不變。已取得專利的太陽(yáng)眼控制系統(tǒng)易于校準(zhǔn)，符合ISO標(biāo)準(zhǔn)可追溯的要求。

    2.3潮濕模擬

   測(cè)試室底部的水槽被用來(lái)加熱產(chǎn)生蒸汽，在較高的溫度下，熱蒸汽使測(cè)試室內(nèi)保持100%的相對(duì)濕度。在QUV中，測(cè)試樣品實(shí)際上形成測(cè)試室的側(cè)壁，樣品的另一面暴露在室內(nèi)周圍的空氣中。室內(nèi)相對(duì)較冷的空氣使得測(cè)試樣品的表面比測(cè)試室內(nèi)熱蒸汽的溫度低好幾度，這一溫度差產(chǎn)生冷凝循環(huán)現(xiàn)象，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結(jié)。所形成的冷凝物是非常穩(wěn)定、純度很高的蒸餾水，這種高純的蒸餾水增加了測(cè)試結(jié)果的可重復(fù)性，也簡(jiǎn)化了QUV的安裝和操作。

   因?yàn)椴牧显谑彝饨?jīng)受潮濕侵蝕的時(shí)間很長(zhǎng)，所以QUV要達(dá)到相同的效果，它的冷凝循環(huán)過(guò)程至少需要4h。另外，冷凝過(guò)程是在一較高溫度（一般為50℃）下進(jìn)行的，這大大加速了潮濕侵蝕。用QUV的長(zhǎng)時(shí)間的熱凝結(jié)循環(huán)過(guò)程來(lái)模擬戶外的潮濕侵蝕比其他一些方法，如濺水、浸水或高濕度都更有效。除了標(biāo)準(zhǔn)的冷凝功能QUV還可用水噴淋來(lái)模擬雨水影響，比如熱沖擊或機(jī)械侵蝕。使用者可操作QUV來(lái)產(chǎn)生潮濕循環(huán)并伴隨紫外線，這一模擬與自然老化非常相似。