氙弧燈和(hé)碳弧燈是兩種不同光源的(de)光老化試驗設備，氙弧燈在檢測中的(de)應用遠遠多于碳弧燈。

　　氙弧燈是一(yī)種最新的(de)，也是最好的(de)光源，通過更換慮光罩，其可(kě)以較好的(de)模拟戶外自(zì)然太陽光和(hé)透過窗玻璃的(de)太陽光。氙弧燈首先應用于塑料行業，由于其檢測結果能夠更好的(de)模拟産品實際的(de)耐候性，因此許多國(guó)際規範，如(rú)AATCC、ASTM、ISO和(hé)政府組織都采用氙弧燈。紡織行業是傳統使用碳弧燈的(de)用戶，現在也改變了規範采用氙弧燈。

　　弧燈分為(wèi)兩種，一(yī)種是封閉式碳弧燈，一(yī)種是日光碳弧燈。這兩種碳弧燈都是應用于早期的(de)設備，前者最初用于紡織品耐光測試，後者最初用于塗層的(de)耐光性測試。封閉式碳弧燈的(de)發光體是一(yī)組碳棒，電流通過碳棒發出弧光。但碳棒發出的(de)弧光的(de)光譜能量分布（SPD）與自(zì)然日光的(de)SPD相差較大，既沒有自(zì)然日光中的(de)短(duǎn)波紫外輻射，在400－800nm之間也沒有日光的(de)高(gāo)強度能量。日光型碳弧燈的(de)SPD與日光的(de)SPD的(de)匹配性有所改善，但二者在50到350nm之間的(de)光譜分布還是有較大的(de)差異。因此，從總體上來說，碳弧燈的(de)檢測結果與産品的(de)實際耐候性之間的(de)相關性比較差。目前，一(yī)些舊(jiù)的(de)标準或規範仍采用碳弧燈設備。

　　使用碳弧燈的(de)另外一(yī)個傳統行業是汽車行業，不過近年(nián)來大部分的(de)歐美汽車公司已經普遍采用氙弧燈，目前仍在使用碳弧燈的(de)大多是日本汽車企業，但很多日本汽車企業也已經将氙弧燈納入其規範中作為(wèi)選用方法。

　　塑料、橡膠、塗料等高(gāo)分子(zǐ)材料在使用過程中遇到老化的(de)問題

　　塑料、橡膠、塗料等高(gāo)分子(zǐ)材料在使用過程中會遇到老化的(de)問題。為(wèi)評價高(gāo)分子(zǐ)材料的(de)耐老化性能，逐漸形成了兩類老化試驗方法：一(yī)類是自(zì)然老化試驗方法，即直接利用自(zì)然環境進行的(de)老化試驗；另一(yī)類是人工加速老化試驗方法，即在實驗室利用老化箱模拟自(zì)然環境條件的(de)某些老化因素進行的(de)老化試驗。由于老化因素的(de)多樣性及老化機理(lǐ)的(de)複雜性，自(zì)然老化無疑是最重要最可(kě)靠的(de)老化試驗方法、。但是，由于自(zì)然老化周期相對較長(cháng)，不同年(nián)份、季節、地(dì)區氣候條件的(de)差異性導緻了試驗結果的(de)不可(kě)比性；而人工加速老化試驗模拟強化了自(zì)然氣候中的(de)某些重要因素，如(rú)陽光、溫度、濕度、降雨等，縮短(duǎn)了老化試驗的(de)周期，且由于試驗條件的(de)可(kě)控性，試驗結果再現性強。人工老化作為(wèi)自(zì)然老化的(de)重要補充，正廣泛運用于高(gāo)分子(zǐ)材料的(de)研究、開發、檢測中。

　　在人工加速老化的(de)試驗過程中，人們普遍會關心以下幾個問題：應該選擇什麽樣的(de)試驗條件，進行多長(cháng)時間的(de)試驗；該選擇什麽指标來評價該産品的(de)老化性能。本文試圖針對這些問題對人工加速老化試驗進行一(yī)些探讨。

　　1 人工加速老化試驗條件的(de)選擇

　　這個問題實際上可(kě)以理(lǐ)解為(wèi)應該模拟哪些老化因素，高(gāo)分子(zǐ)材料在使用過程中，氣候環境裏許多因素都有可(kě)能對高(gāo)分子(zǐ)材料的(de)老化産生作用。如(rú)果事先知道(dào)産生老化的(de)主要因素，就可(kě)以有針對性的(de)選擇試驗方法。我們可(kě)以從該材料的(de)運輸、儲存、使用環境以及其老化機理(lǐ)等方面考慮，确定試驗方法。例如(rú)硬聚氯乙烯型材，使用聚氯乙烯為(wèi)原料，添加穩定劑、顔料等助劑加工而成，主要用于室外。從聚氯乙烯的(de)老化機理(lǐ)考慮，聚氯乙烯受熱易分解；從使用環境考慮；空氣中的(de)氧、紫外光、熱、水分都是引起型材老化的(de)原因。因此，國(guó)标GB/T8814-2004《門、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材》中，既規定了光氧老化試驗方法，采用GB/T 16422.2《塑料實驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》老化4000h或6000h，模拟了室外紫外光及可(kě)見光、溫度、濕度、降雨等因素，同時又規定了熱氧老化項目：加熱後狀态，150℃放置30min，目測觀察是否出現氣泡、裂紋、麻點或分離(lí)現象，以考察型材的(de)耐熱性能。

　　2 人工加速老化光源的(de)選擇

　　實驗室光源曝露試驗因為(wèi)可(kě)以在一(yī)個試驗箱中同時模拟大氣可(kě)見環境中的(de)光、氧、熱和(hé)降雨等因素，是目前較為(wèi)常用的(de)一(yī)種人工加速老化試驗方法，在這些模拟因素中，又以光源最為(wèi)重要。經驗表明，陽光中引起高(gāo)分子(zǐ)材料破環的(de)波長(cháng)主要集中在紫外線及部分可(kě)見光。目前使用的(de)人工光源都力圖使在此波長(cháng)區間內(nèi)的(de)能譜分布曲線與太陽光譜接近，模拟性和(hé)加速倍率是選擇人工光源的(de)主要依據。經曆了約一(yī)個世紀的(de)發展，實驗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(gāo)壓汞燈等各種光源供選擇。國(guó)際标準化組織(ISO）中與高(gāo)分子(zǐ)材料相關的(de)各技術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。

　　2.1氙弧燈

　　目前認為(wèi)，已知的(de)人工光源中氙弧燈的(de)光譜能量分布與陽光中紫外、可(kě)見光部分最相似。通過選擇合适的(de)濾光片，可(kě)以濾去(qù)大部分到達地(dì)面陽光中存在的(de)短(duǎn)波輻射。氙燈在1000nm~1200nm近紅(hóng)外區存在很強的(de)輻射峰，會産生大量的(de)熱。因此，須選擇合适的(de)冷卻裝置帶走這部分能量。目前，市面上氙燈老化試驗裝置有兩種冷卻方式：水冷式和(hé)風冷式。一(yī)般來說，水冷式氙燈裝置冷卻效果要優于風冷式，同時結構也較為(wèi)複雜，價格也比較昂貴。

　　2.2熒光紫外燈

　　從理(lǐ)論上說，300nm~400nm的(de)短(duǎn)波能量是引起老化的(de)主要因素。如(rú)果增加這部分能量，就能達到快速試驗的(de)效果。熒光紫外燈的(de)光譜分布主要集中在紫外光部分，因此，可(kě)以達到較高(gāo)的(de)加速倍率。然而，熒光紫外燈不僅使自(zì)然日光中的(de)紫外線能量增加，同時還有在地(dì)球表面測量時自(zì)然日光中沒有的(de)輻射能量，而這部分能量會引起非自(zì)然的(de)破壞。另外熒光光源除了很窄的(de)水銀光譜線外，沒有高(gāo)于375nm的(de)能量，這樣對較長(cháng)波長(cháng)的(de)UV能量敏感的(de)材料就可(kě)能不會出現曝曬在自(zì)然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷會導緻得出不可(kě)靠的(de)結果。因此，熒光紫外燈的(de)模拟性較差。但是，由于它的(de)加速倍率高(gāo)，通過選擇合适型号的(de)燈管可(kě)實現對特定材料的(de)快速篩選。

　　2.3陽光型碳弧燈

　　陽光型碳弧燈目前在我國(guó)應用得較少，但它在日本是廣泛使用的(de)光源，大部分JIS标準都采用陽光型碳弧燈。我國(guó)許多與日本合資的(de)汽車企業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，模拟性不及氙燈，加速倍率介于氙燈及紫外燈之間

　　3 試驗時間的(de)确定

　　3.1參照相關産品标準規定

　　相關産品标準裏已經對老化試驗的(de)時間作出了規定，我們隻需查找到相關标準，按裏面規定的(de)時間執行就行了。許多國(guó)家标準、行業标準中都對此作出了規定。

　　3.2根據已知的(de)相關性推算

　　研究表明：通過顔色和(hé)變黃指數變化來評價ABS的(de)顔色穩定性，人工加速老化與自(zì)然大氣暴露有較好的(de)相關性，加速倍率約為(wèi)7。如(rú)果想了解某一(yī)ABS材料戶外使用一(yī)年(nián)後的(de)顔色變化，采用相同的(de)試驗條件，可(kě)以參考該加速倍率，确定加速老化時間365x24/7=1251h。

　　長(cháng)期以來，國(guó)內(nèi)外就相關性間題展開了大量的(de)研究，得出了許許多多的(de)換算關系式。然而，由于高(gāo)分子(zǐ)材料的(de)多樣性，加速老化試驗設備及方法的(de)不同，不同時間、地(dì)區氣候的(de)差異性導緻了換算關系的(de)複雜化。因此，在選擇換算關系時，一(yī)定要注意得出該相關性的(de)具體材料、老化設備、試驗條件、性能評價指标等因素。

　　3.3控制人工加速老化輻射總量與自(zì)然暴露輻射總量相當

　　對于某些既無相應标準規定，又無處參考相關性的(de)産品，可(kě)以考慮其實際使用環境的(de)輻射強度，控制人工加速老化輻射總量與自(zì)然暴露輻射總量相當。

　　下面舉例說明如(rú)何控制人工加速老化總輻射量:

　　某一(yī)塑料制品使用于北京地(dì)區，期望控制人工加速老化總輻射量與戶外暴露一(yī)年(nián)相當。

　　第一(yī)步：由于該産品為(wèi)塑料制品，且使用于戶外，選擇采用GB/T16422.2-1996《塑料實驗室光源曝露試驗方法第二部分：氙弧燈》中A法。試驗條件為(wèi)：輻照強度0.50W/ m2（340nm)，黑闆溫度65℃，箱體溫度40℃，相對濕度50％，噴水時間／不噴水時間18min/102min，連續光照；

　　第二步：例如(rú)北京地(dì)區一(yī)年(nián)輻射總量為(wèi)5609MJ/ m2，依據對比人工光源與自(zì)然陽光輻射光譜分布的(de)國(guó)際準則CIE No 85 -1989（見表1，GB/T16422.1-1996《塑料實驗室光源曝露試驗方法第一(yī)部分：氙弧燈》中引用）；其中紫外區與可(kě)見區部分（300nm－800nm）占62.2%，即3489MJ/m2。

　　第三步：依據GB/T 16422.2-1996，340nm輻照強度為(wèi)0.50 W/ m2時，紅(hóng)外區與可(kě)見區部分  （300nm～800nm）輻照強度為(wèi)550 W/m2；可(kě)計算出輻照時間為(wèi)3489 X 106/550=6.344 X 106s，即1762h。依此計算方法，加速倍率約為(wèi)5。由于自(zì)然老化并不是簡單的(de)輻照強度的(de)疊加，隻有在确定陽光是引起材料破環的(de)主要因素且不能用其他方法确定試驗時間時，才可(kě)以使用此計算方法模拟。

　　4 性能評價指标的(de)選擇

　　選擇性能評價指标主要從材料的(de)用途及材料本身特性兩方面來考慮。

　　4.1根據材料用途确定評價指标

　　對于同樣的(de)材料，由于其用途不同，可(kě)能選擇的(de)評價指标也不同。例如(rú)，同樣是塗料，如(rú)果是用于裝飾，就必須重點考慮其外觀的(de)變化。在GB/T 1766-1995《色漆和(hé)清漆塗層老化的(de)評級》中，詳細規定了光澤度、顔色變化、粉化、泛金等各種外觀變化的(de)評級方法。