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人工加速老化试验方法评述（二）

发表时间：2023-11-27

导语

涂料、塑料、胶粘剂等高分子材料在使用过程中经常出现粉化、变色、起泡、裂纹、脱落等现象，严重影响了产品的机械、表观等方面的性能。因此，需要了解高分子材料的光老化机理并寻找合适的人工加速老化试验方法来客观地模拟自然使用条件，为材料的研发及应用提供快速的质量检测与评价方面的依据。

2.3 氙灯光老化试验方法

氙灯是一种精确的气体放电灯, 它使用石英球罩密封和过滤技术, 可以精确调节其光谱能量分布，可以模拟各种条件下的自然光,从大气层外的太阳光到透过玻璃窗的日光等。

在氙灯技术发展过程中, 出现了两种仪器系统：风冷和水冷氙弧设备。冷却类型对设备的总体设计和光学过滤系统都有影响。目前使用较多的为水冷氙灯, 水冷氙灯是由2 块同轴圆柱形光学滤镜围住的一个密封石英管, 冷却水在灯表面、内滤镜和外滤镜之间流动。除了冷却功能, 水还对红外线光谱范围产生所需的效应。水吸收了1200 nm 波长以上的光线, 减少了氙灯中过多的红外线能量。这种减少足以保持样品温度稳定; 使用红外线吸收滤镜还可以进一步减少红外能量。

BGD 862 水冷式大型氙灯老化试验箱

未过滤的氙弧在短波紫外线区的辐射能力很强。因此, 滤镜的主要目的是获得所需的能量光谱分布。通过综合水冷系统的2 个圆柱形滤镜的不同玻璃特性, 可以产生不同的光谱能量分布。可用的圆柱形滤镜类型有石英、硼硅酸盐玻璃、高硼酸盐类玻璃、碱石灰玻璃和涂层红外线吸收( CI R A ) 石英。加人辅助玻璃滤镜支架放置不同种类的平面玻璃后, 可以实现辅助过滤。

氙灯与自然光光谱图比较

    图中可以看出, 氙灯的光谱谱图与自然光的光谱图在紫外和可见光部分很相似, 因此氙灯可以很好地模拟自然光。另外, 通过使用不同的氙灯内外过滤管的组合, 可以模拟不同条件下的太阳光, 如户内、户外等, 而且, 通过改变氙灯的辐照强度、温度、湿度等参数, 可以模拟不同产品的使用环境, 如汽车内外等。目前使用氙灯进行人工加速老化试验已成为一种首选的、通用的光老化试验方法, 因而相应的氙灯老化试验方法也很多, 有ISO、ASTM、SAEJ、GM等。

2.4 金属卤素灯( M H G ) 光老化试验方法

金属卤素灯, 即Metal  Halide ( MHG ) 也是一种气体放电灯, 利用金属卤化物通电可以提供与直射和散射非常相似的光谱能量分布。该方法具有高效性, 通过对多个放射光源一定的的放置方式, 可以产生单一的照射光源效果。

金属卤素灯与自然光光谱图比较

       金属卤素灯的光谱分布与地球表面接收到的太阳光非常相似, 从上图可以看出, 尤其是在红外区域，两者的相似程度更加接近。金属卤素灯由于规模比较大, 主要适用于汽车整车及其零部件及电工电子产品等大型设备的人工光老化加速试验

老化方法的阐述中可以得出以下结论：

① 金属卤素灯与氙灯的光谱分布与太阳光的光谱分布很相似, 即这2 种方法的模拟程度比较高, 但金属卤素灯规模较大, 多用于大型设备, 因此氙灯是目前最通用的人工光老化试验方法;

② 氙灯光老化试验方法对太阳光的模拟性较好,故材料、工艺定型及仲裁应采用本类试验方法, 而紫外光灯光老化试验方法由于测试周期较短, 可相对地比较不同材料在特定条件下的耐老化性能, 可作为材料和工艺稳定性抽查试验方法;

③ 碳弧灯光老化试验方法由于对太阳光的模拟程度较差, 目前已很少采用, 但由于其历史较长, 至今在某些测试中仍旧采用。