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(nèi)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(chǎn)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(shè)備被廣泛用于研究開發(fā)、質(zhì)量、控制和材料檢定，這些檢測設(shè)備提供快速并且可重復的測試結(jié)果。近年來，低價位且使用方便的實驗室檢測設(shè)備已經(jīng)開發(fā)出來，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。

   測試抗老化和光穩(wěn)定性的最佳方法經(jīng)常引起爭論。幾年來，各種各樣的方法都被應(yīng)用過，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設(shè)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(chǎn)品設(shè)計是否真的得到改進。

   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設(shè)備，這兩種檢測設(shè)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(nèi)基本上與太陽光的光譜相吻合。被用來測試許多產(chǎn)品，這些產(chǎn)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(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(yīng)該根據(jù)被測產(chǎn)品或材料、最終的應(yīng)用條件、所考慮的降解模式和預算來選擇合適的檢測設(shè)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(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，紫外線的長波段甚至可見光也會使其產(chǎn)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(yīng)，但卻影響次要的化學反應(yīng)。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(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(chǎn)生沖擊現(xiàn)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(chǎn)生進一步老化。          

   對于室內(nèi)材料，濕氣的主要作用往往是機械應(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(shè)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(yīng)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(nèi)與太陽光譜吻合得非常好。

    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，但它比太陽光截止點更短的波長量可能會對許多材料產(chǎn)生不切實際的結(jié)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(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**且可重復的測試結(jié)果，控制輻照度（光強）很有必要。大多數(shù)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(diào)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(nèi)QUV能模擬在室外幾個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(shù)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(jié)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(chǎn)生蒸汽，在較高的溫度下，熱蒸汽使測試室內(nèi)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(cè)壁，樣品的另一面暴露在室內(nèi)周圍的空氣中。室內(nèi)相對較冷的空氣使得測試樣品的表面比測試室內(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試結(jié)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(jīng)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(jié)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(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。