氙弧燈老化試驗箱

一、核心原理

其基本原理是利用氙燈模擬太陽光的光譜（包括紫外線、可見光和紅外線），通過控制光照強度、溫度、濕度、噴淋等條件，在實驗室內(nèi)快速再現(xiàn)戶外數(shù)月甚至數(shù)年的自然老化效果。

關(guān)鍵模擬點：

1. 光譜匹配：通過不同的光學濾光器（如日光過濾器、窗玻璃過濾器等），可以濾除不需要的短波紫外或紅外部分，使氙燈的光譜分布非常接近真實的太陽光或透過玻璃的陽光。

2. 光照周期：可模擬晝夜交替的光照/黑暗循環(huán)。

3. 潮濕模擬：通過噴淋（模擬雨水）和凝露（模擬露水）功能，再現(xiàn)材料在戶外經(jīng)歷的干濕循環(huán)。

4. 溫度控制：精確控制箱內(nèi)黑標溫度（BST）或黑板溫度（BPT），模擬材料在陽光照射下實際達到的表面溫度。

二、主要結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

1. 光源系統(tǒng)：

• 氙燈管：核心部件，通常功率為1.5kW、2.5kW、6kW等。壽命約1500-2000小時，需要定期更換。

• 光學濾光器：安裝在燈管內(nèi)外，用于修正光譜，使其更匹配特定的應(yīng)用環(huán)境（如戶外直射陽光、室內(nèi)窗玻璃后光線）。

• 冷卻系統(tǒng)：為高功率氙燈提供水冷或風冷，確保燈管穩(wěn)定工作。

2. 試驗箱體：

• 樣品架：可旋轉(zhuǎn)的樣品架（轉(zhuǎn)鼓式）或平板式，確保所有樣品均勻受光。

• 噴淋系統(tǒng)：模擬雨水侵蝕和熱沖擊。

• 加濕/除濕系統(tǒng)：控制箱內(nèi)相對濕度，模擬不同氣候條件。

• 溫控系統(tǒng)：包括加熱器和制冷壓縮機，用于精確控制箱內(nèi)空氣溫度和樣品表面溫度。

3. 控制系統(tǒng)：

• 智能控制器：現(xiàn)代設(shè)備通常采用觸摸屏PLC或計算機控制，可編程復雜的測試循環(huán)（如光照+噴淋+黑暗+凝露）。

• 輻照度傳感器：實時監(jiān)測并自動補償光強，確保在整個測試過程中光照能量恒定（這是獲得可重復結(jié)果的關(guān)鍵）。

• 溫度和濕度傳感器。

三、核心測試條件與參數(shù)

• 輻照度：通常控制在0.35 ~ 1.20 W/m2 @ 340nm 或 0.55 ~ 1.20 W/m2 @ 420nm。340nm常用于模擬戶外老化，420nm常用于模擬室內(nèi)材料。

• 黑標溫度：通常范圍在40℃ ~ 120℃，是衡量樣品表面高溫度的關(guān)鍵指標。

• 箱內(nèi)空氣溫度：范圍在10℃ ~ 80℃。

• 相對濕度：范圍在10% ~ 95% RH。

• 噴淋周期：可設(shè)置噴淋時間和間隔，常用去離子水。

• 測試周期：從幾十小時到幾千小時不等，取決于材料抗老化能力和測試標準。

四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

• 涂料與油墨：汽車漆、建筑涂料、工業(yè)涂料等。

• 塑料與橡膠：汽車部件、建材、包裝材料、戶外家具等。

• 紡織品與皮革：戶外服裝、汽車內(nèi)飾、鞋材等。

• 汽車工業(yè)：內(nèi)外飾件、密封條、車燈罩等。

• 光伏行業(yè)：太陽能電池背板、封裝材料的耐候性測試。

• 化妝品包裝：評估瓶體、膏霜在光照下的變色和穩(wěn)定性。

五、常用國際與國內(nèi)標準

• ISO：ISO 4892-2（塑料）， ISO 11341（涂料），ISO 105-B02（紡織品）

• ASTM：ASTM G155（通用非金屬材料），ASTM D6695（涂料）

• SAE：SAE J2527（汽車外飾件），SAE J2412（汽車內(nèi)飾件）

• GB/T：GB/T 16422.2（塑料），GB/T 1865（涂料），GB/T 8427（紡織品）

六、優(yōu)勢與局限性

優(yōu)勢：

• 光譜全：接近真實的太陽光譜。

• 模擬全面：可綜合模擬光、熱、雨、露等多種氣候因素。

• 加速性強：大大縮短了測試時間。

• 重復性好：條件可控，結(jié)果可比性強。

局限性：

• 成本高：設(shè)備投資、氙燈更換和運行能耗較高。

• 并非等同戶外：仍是一種加速模擬，可能與實際戶外老化的機理和結(jié)果排序存在差異，通常用于對比篩選和質(zhì)量控制。

七、操作與維護注意事項

1. 樣品制備：樣品大小、厚度和制備方式需符合標準要求。

2. 濾光器選擇：根據(jù)測試目的選擇正確的濾光器（如模擬戶外或戶內(nèi)）。

3. 定期校準：輻照度傳感器必須定期校準，這是保證數(shù)據(jù)準確性的生命線。

4. 燈管壽命：記錄燈管使用時間，到期及時更換，避免因光衰導致輻照度不足。

5. 水質(zhì)要求：噴淋和冷卻系統(tǒng)需使用去離子水或蒸餾水，防止水垢堵塞管路或污染樣品。

6. 日常清潔：定期清潔樣品室、濾光器和傳感器窗口。

總結(jié)

氙弧燈老化試驗箱是材料研發(fā)和質(zhì)量控制中的“時光機器"。它為各行各業(yè)提供了在實驗室中快速、可靠地預(yù)測產(chǎn)品耐候性能的強大工具，幫助制造商改進產(chǎn)品配方、確保長期耐久性，從而減少因材料老化導致的失效風險。