氙燈老化箱和紫外老化箱的比較

 氣候和陽光輻照是損害涂料、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、開裂、脫皮、脆化、強度降低及分層。即使是室內的光及通過玻璃窗透射的太陽光也都會使一些材料老化，比如引起顏料、染料等褪色或變色。   

 對許多制造商而言，產品的耐老化和耐光性是極其重要的。加速檢測老化和光穩(wěn)定性的設備被廣泛用于研究開發(fā)、質量、控制和材料檢定，這些檢測設備提供快速并且可重復的測試結果。近年來，低價位且使用方便的實驗室檢測設備已經開發(fā)出來，包括UV紫外老化紫外老化設備符合ASTM G 154、氙燈儀氙燈老化箱符合ASTM G155。

   測試抗老化和光穩(wěn)定性的最佳方法經常引起爭論。幾年來，各種各樣的方法都被應用過，現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設備。自然曝露測試方法有很多優(yōu)點，實際、便宜、易于操作，然而大部分制造商不愿意等上幾年的時間來觀察一種新的改良的產品設計是否真的得到改進。

   氙燈老化箱和UV紫外老化箱是應用最廣泛的加速老化檢測設備，這兩種檢測設備的測試原理完全不同。氙燈老化箱模擬太陽光的所有光譜，包括紫外線（UV）、可見光和紅外線（IR），氙燈光譜在295 nm到800 nm范圍內基本上與太陽光的光譜相吻合。被用來測試許多產品，這些產品對紫外線的長波段、可見光及紅外線較敏感。

    UV不能模擬全光譜太陽光。它的原理是，對于曝露在室外的經久耐用的材料，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到太陽光的最低波段，QUV能很好地模擬太陽光，然而，對于長一點的波長它將無能為力。

   測試的最佳方法依賴于測試需要，每種方法都可能非常有效。應該根據被測產品或材料、最終的應用條件、所考慮的降解模式和預算來選擇合適的檢測設備。

    1老化的3要素

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

    1.1光照

   不同材料對光的敏感性不同。對于經久耐用的材料，如大多數涂料、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，對于不是那么經久耐用的材料，比如一些顏料和染料，紫外線的長波段甚至可見光也會使其產生嚴重的老化。

    1.2高溫

   當溫度升高時，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，但卻影響次要的化學反應。實驗室老化測試必須提供**的溫度控制，通常還通過升溫的方法來加速老化過程。

    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時間（平均每天8-12 h處于潮濕狀態(tài)。研究發(fā)現，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，因為它附著在材料上的時間更長，引起更為嚴重的潮濕吸收。當然，雨水對材料的危害也很大，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，就會產生沖擊現象。雨水沖刷引起的機械侵蝕也會加速材料發(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光下，從而產生進一步老化。          

   對于室內材料，濕氣的主要作用往往是機械應力，它因材料試圖與周圍保持潮濕平衡而引起，材料所經受的濕氣越大，需要克服的應力也越大。濕氣環(huán)境還是室外材料發(fā)生老化的一個重要因素，在室外，周圍相對濕度（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模擬光照、高溫和潮濕。

    2. UV紫外老化老化試驗設備

    2.1陽光模擬

    UV紫外老化利用熒光紫外線燈模擬太陽光來對一耐久性材料造成損害。紫外燈在電學原理上與普通照明用的燈很相似，但它主要發(fā)射紫外光而非可見光或紅外線。

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

    UV-B型燈管在QUV中也被廣泛應用。它們比UV-A型燈管引起更快的材料老化，但它比太陽光截止點更短的波長量可能會對許多材料產生不切實際的結果。

   UVA-340燈管在已有燈管中對太陽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到最快                                                                                                                            速老化的目的，對特別經久耐用材料的檢定或質量控制非常有用。

    2.2輻照度控制

   為了獲得**且可重復的測試結果，控制輻照度（光強）很有必要。大多數型號的QUV都裝備有日光眼光強控制器，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)、自動地控制且**地保持輻照度，日光眼靠調整燈的功率來自動補償因燈管老化和其他因素造成的光強變化。在僅僅幾天或幾周內QUV能模擬在室外幾個月甚至幾年所造成的害。

   在QUV內部，因熒光紫外線燈固有的光譜穩(wěn)定性，發(fā)光控制系統(tǒng)相對簡單。隨著燈管的老化，所有光源的輸出都會發(fā)生衰減，然而，不像大多數其它類型的燈管，紫外燈的光譜不會隨時間變化，這也提高了測試結果的重復性，也是使用QUV進行測試的一個主要的優(yōu)點。

  在QUV中使用過2h的燈管和使用過5 600 h的燈管輻照度控制之間的比較，可以看出，新燈管和長時間使用過的燈管光譜之間的差別幾乎難以辨別。這是因為，一方面日光眼照度控制器用來維持光強，另外，因為紫外燈固有的光譜穩(wěn)定性，光譜能量分布幾乎保持不變。已取得專利的太陽眼控制系統(tǒng)易于校準，符合ISO標準可追溯的要求。

    2.3潮濕模擬

   測試室底部的水槽被用來加熱產生蒸汽，在較高的溫度下，熱蒸汽使測試室內保持100%的相對濕度。在QUV中，測試樣品實際上形成測試室的側壁，樣品的另一面暴露在室內周圍的空氣中。室內相對較冷的空氣使得測試樣品的表面比測試室內熱蒸汽的溫度低好幾度，這一溫度差產生冷凝循環(huán)現象，在樣品表面液態(tài)形式的水慢慢地凝結。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試結果的可重復性，也簡化了QUV的安裝和操作。

   因為材料在室外經受潮濕侵蝕的時間很長，所以QUV要達到相同的效果，它的冷凝循環(huán)過程至少需要4h。另外，冷凝過程是在一較高溫度（一般為50℃）下進行的，這大大加速了潮濕侵蝕。用QUV的長時間的熱凝結循環(huán)過程來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。除了標準的冷凝功能QUV還可用水噴淋來模擬雨水影響，比如熱沖擊或機械侵蝕。使用者可操作QUV來產生潮濕循環(huán)并伴隨紫外線，這一模擬與自然老化非常相似。