氙燈老化試驗(yàn)機(jī)采用能摸擬全陽光光譜的氙弧燈來再現(xiàn)不同環(huán)境下存在的破壞性光波，可以為科研、產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量控制提供相應(yīng)的環(huán)境模擬和加速試驗(yàn)。氙燈試驗(yàn)箱可用于新材料的選擇、改進(jìn)現(xiàn)有材料或評估材料組成變化后耐用性的變化試驗(yàn)，可以很好的模擬在不同環(huán)境條件下，材料暴露在陽光下所產(chǎn)生的變化。
一、人工加速老化試驗(yàn)條件的選擇
高分子材料在使用過程中，氣候環(huán)境里許多因素都有可能對高分子材料的老化產(chǎn)生作用。如果事先知道產(chǎn)生老化的主要因素，就可以有針對性的選擇試驗(yàn)方法。
我們可以從該材料的運(yùn)輸、儲存、使用環(huán)境以及其老化機(jī)理等方面考慮，確定試驗(yàn)方法。例如硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為原料，添加穩(wěn)定劑、顏料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的老化機(jī)理考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環(huán)境考慮；空氣中的氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的原因。
二、人工加速老化光源的選擇
實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)：可以在一個(gè)試驗(yàn)箱中同時(shí)模擬大氣可見環(huán)境中的光、氧、熱和降雨等因素，是目前較為常用的一種人工加速老化試驗(yàn)方法，在這些模擬因素中，光源比較重要。經(jīng)驗(yàn)表明，陽光中引起高分子材料破環(huán)的波長主要集中在紫外線及部分可見光。
目前使用的人工光源都力圖使在此波長區(qū)間內(nèi)的能譜分布曲線與太陽光譜接近，模擬性和加速倍率是選擇人工光源的主要依據(jù)。經(jīng)歷了約一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室光源已有封閉式碳弧燈、陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈、高壓汞燈等各種光源供選擇。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)中與高分子材料相關(guān)的各技術(shù)委員會主要推薦使用陽光型碳弧燈、熒光紫外燈、氙弧燈三種光源。
01、氙弧燈
目前認(rèn)為，已知的人工光源中氙弧燈的光譜能量分布與陽光中紫外、可見光部分最相似。通過選擇合適的濾光片，可以濾去大部分到達(dá)地面陽光中存在的短波輻射。氙燈在1000nm~1200nm紅外區(qū)存在很強(qiáng)的輻射，會產(chǎn)生大量的熱。
因此，須選擇合適的冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗(yàn)裝置有兩種冷卻方式：水冷式和風(fēng)冷式。一般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優(yōu)于風(fēng)冷式，同時(shí)結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，價(jià)格也比較昂貴。由于氙燈紫外線部分能量較另兩種光源增加較少，在加速倍率方面是至低的。
02、熒光紫外燈
從理論上說，300nm~400nm的短波能量是引起老化的主要因素。如果增加這部分能量，就能達(dá)到快速試驗(yàn)的效果。熒光紫外燈的光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可以達(dá)到較高的加速倍率。
然而，熒光紫外燈不僅使自然日光中的紫外線能量增加，同時(shí)還有在地球表面測量時(shí)自然日光中沒有的輻射能量，而這部分能量會引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會出現(xiàn)曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導(dǎo)致得出不可靠的結(jié)果。
因此，熒光紫外燈的模擬性較差。但是，由于它的加速倍率高，通過選擇合適型號的燈管可實(shí)現(xiàn)對特定材料的快速篩選。
03、陽光型碳弧燈
陽光型碳弧燈目前在我國應(yīng)用得較少，但它在日本是廣泛使用的光源，大部分JIS標(biāo)準(zhǔn)都采用陽光型碳弧燈。我國許多與日本合資的汽車企業(yè)仍推薦使用這種光源。陽光型碳弧燈光譜能量分布也較接近于太陽光，但在370nm~390nm紫外線集中加強(qiáng)，模擬性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間。
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氙燈老化試驗(yàn)箱示意圖
三、試驗(yàn)時(shí)間的確定
1、參照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)里已經(jīng)對老化試驗(yàn)的時(shí)間作出了規(guī)定，我們只需查找到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，按里面規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行就行了。許多國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都對此作出了規(guī)定。
2、根據(jù)已知的相關(guān)性推算
研究表明：通過顏色和變黃指數(shù)變化來評價(jià)ABS的顏色穩(wěn)定性，人工加速老化與自然大氣暴露有較好的相關(guān)性，加速倍率約為7。如果想了解某一 ABS材料戶外使用一年后的顏色變化，采用相同的試驗(yàn)條件，可以參考該加速倍率，確定加速老化時(shí)間365x24/7=1251h。
長期以來，國內(nèi)外就相關(guān)性間題展開了大量的研究，得出了許許多多的換算關(guān)系式。然而，由于高分子材料的多樣性，加速老化試驗(yàn)設(shè)備及方法的不同，不同時(shí)間、地區(qū)氣候的差異性導(dǎo)致了換算關(guān)系的復(fù)雜化。因此，在選擇換算關(guān)系時(shí)，一定要注意得出該相關(guān)性的具體材料、老化設(shè)備、試驗(yàn)條件、性能評價(jià)指標(biāo)等因素。
3、控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)
對于某些既無相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，又無處參考相關(guān)性的產(chǎn)品，可以考慮其實(shí)際使用環(huán)境的輻射強(qiáng)度，控制人工加速老化輻射總量與自然暴露輻射總量相當(dāng)。
四、性能評價(jià)指標(biāo)的選擇
選擇性能評價(jià)指標(biāo)主要從材料的用途及材料本身特性兩方面來考慮。
1、根據(jù)材料用途確定評價(jià)指標(biāo)對于同樣的材料，由于其用途不同，可能選擇的評價(jià)指標(biāo)也不同。例如，同樣是涂料，如果是用于裝飾，就必須重點(diǎn)考慮其外觀的變化。在 GB/T1766-1995《色漆和清漆涂層老化的評級》中，詳細(xì)規(guī)定了光澤度、顏色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的評級方法。
而對于某些功能性涂料，如防腐涂料，一定程度的顏色、外觀變化是可以接受的，這時(shí)，選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí)，主要考慮其耐開裂性、粉化程度等方面。同樣是聚氯乙烯(PVC)，如果用于制作鞋面，就必須考慮其耐黃變性，而如果是用于雨落水管，對于外觀變化要求就不高，而材料的物理機(jī)械性能變化，如拉伸強(qiáng)度變化是主要考核指標(biāo)。
2、根據(jù)材料本身特性確定評價(jià)指標(biāo)就同一材料來說，在老化過程中不同性能的下降是不等速的。換句話說，某些性能對環(huán)境敏感，下降得快，是引起材料破壞的主要因素。在選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí)，應(yīng)該選擇這些敏感性能。研究表明：對于大部分工程塑料來說，沖擊強(qiáng)度是自然老化試驗(yàn)檢測中變化較大、下降較明顯的。
因此，在進(jìn)行工程塑料的老化測試時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇沖擊強(qiáng)度下降作為評價(jià)指標(biāo)。沖擊強(qiáng)度對聚丙烯的老化同樣相當(dāng)敏感，是考核老化性能的主要指標(biāo)。對于聚乙烯材料來說，斷裂伸長率的下降較為明顯，是優(yōu)先考慮的評價(jià)指標(biāo)。對于聚氯乙烯，拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都下降得比較快，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇其中一種來評價(jià)。
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