解析耐氣候光老化試驗(yàn)不同測(cè)試儀器

*每年因老化而造成的產(chǎn)品損失達(dá)熟億美元，材料的老化包括推色、失光、氧化、開裂、粉化和強(qiáng)度下降等現(xiàn)象。目前，評(píng)價(jià)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(yàn)箱。

旋轉(zhuǎn)鼓型和平板型氙燈試驗(yàn)箱

1918年，世界上出現(xiàn)了第1臺(tái)旋轉(zhuǎn)鼓式氙燈老化試驗(yàn)箱，它使用1個(gè)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(gè)過濾系統(tǒng)。測(cè)試樣品面向光源安裝，并像傳達(dá)帶一樣圍繞中心燈旋轉(zhuǎn)。自*場(chǎng)世界大戰(zhàn)以來，這種試驗(yàn)箱也不斷地改進(jìn)，但其基本設(shè)計(jì)原理一直沒有改變。zui為常見的試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)箱，在測(cè)試室的頂部安裝了一個(gè)或多個(gè)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(shí)在測(cè)試室的頂部和側(cè)部裝有反射系統(tǒng)以增強(qiáng)輻照度的均勻性。測(cè)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(yàn)箱被稱為“平板型”。

    無論哪種類型的試驗(yàn)箱，都帶有控制光線強(qiáng)度“輻照度”、溫度和相對(duì)濕度的控制系統(tǒng)，

    氙燈試驗(yàn)箱廣泛用來測(cè)試材料和產(chǎn)品的光穩(wěn)定性和抗老化性，因?yàn)殡舭l(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(zhǔn)確的，重復(fù)性好的測(cè)試結(jié)果，所有的光穩(wěn)定性或老化性能測(cè)試必須控制光線的質(zhì)量，光強(qiáng)的改變則會(huì)影響材料損壞速度，面光譜能量分布的改變則會(huì)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(fù)雜的，因?yàn)樗鼱砍稁讉€(gè)變量，包括過濾器傳輸、輻照度控制點(diǎn)、發(fā)光強(qiáng)度以及燈管老化等。輻照度控制系統(tǒng)對(duì)光強(qiáng)和光譜都有影響。下面將分別就氙燈試驗(yàn)箱的幾個(gè)主要控制參數(shù)分別討論。

  1.1 光學(xué)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(yàn)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(cè)試的材料和使用環(huán)境.大多數(shù)過濾器型號(hào)都對(duì)光譜的短波部分進(jìn)行有效地過濾.

     平析型氙燈試驗(yàn)箱給每一個(gè)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(yàn)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(yàn)箱中采用3種不同的過濾器系統(tǒng).ASTM G155標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)使用不同的命名法。對(duì)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(biāo)準(zhǔn)中沒有提到延伸紫外線光譜，但有幾個(gè)SAE標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)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(diǎn)。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(yàn)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(yīng)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(shí)稱作陽光zui大值）。平板氙燈試驗(yàn)箱的制造商把這一類型的過濾器簡(jiǎn)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(zhǎng)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(shí)的低截止波長(zhǎng)（遠(yuǎn)比陽光的295nm截止點(diǎn)更為嚴(yán)格）。也就是意味著樣品所受的紫外光暴露遠(yuǎn)短于實(shí)際的使用環(huán)境，他可以加速材料的老化，但并不真實(shí)并可以導(dǎo)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(cè)試。用于平板型氙燈試驗(yàn)箱簡(jiǎn)稱“窗玻璃過濾器”。用于旋轉(zhuǎn)鼓型試驗(yàn)箱的過濾器則為“硼硅酸鹽/蘇達(dá)石灰”（也叫做Boro蘇達(dá)石灰，Boro/SL等）。圖4顯示了一個(gè)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(jìn)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(shí)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(shí)一些。這一差異對(duì)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(zhǎng)波紫外線和可視光降解的結(jié)果，這一差異會(huì)嚴(yán)重地影響測(cè)試結(jié)果。