氙弧灯老化检测:模拟太阳光辐射,评估材料耐候性的核心方法
在材料科学、涂料、塑料、纺织品、汽车零部件以及户外建材等领域,产品抵抗长期日光曝晒、温度变化和潮湿环境的能力至关重要。自然老化测试耗时漫长且结果受地域、季节、气候等不可控因素影响巨大。因此,实验室加速老化测试成为评估材料耐候性的关键手段。其中,氙弧灯老化测试因其能够最接近地模拟到达地球表面的全光谱太阳光(包括紫外线、可见光和红外线),被国际公认为最权威、应用最广泛的加速老化试验方法之一。它通过精心控制的光源、温度、湿度和喷淋等条件,在实验室环境下加速材料的老化进程,在相对较短的时间内预测材料在真实户外环境下的长期性能和寿命。
主要检测项目
氙弧灯老化检测的核心目的在于评估材料在模拟日光辐射及气候因素综合作用下的性能变化,主要检测项目包括:
- 颜色变化与色牢度: 评估样品在光照下褪色、变黄或变暗的程度,常用仪器测量色差ΔE值。
- 光泽度变化: 测量样品表面光泽度的降低,反映表面劣化(如粉化、微裂纹)的情况。
- 机械性能变化:
- 表面状态变化: 观察并评级表面出现的粉化、开裂、起泡、龟裂、斑点、失光、剥落等缺陷。
- 分子结构变化: 利用红外光谱(FTIR)等分析材料化学键的变化,如氧化产物的生成。
核心检测仪器:氙灯老化试验箱
氙弧灯老化测试的核心设备是氙灯老化试验箱。其主要组成部分和功能如下:
- 氙弧灯光源: 核心部件,通过高压电流激发氙气产生弧光,发射光谱范围广(从紫外到红外),需配合不同的光学滤镜(如日光过滤器、窗玻璃过滤器)以模拟特定环境下的太阳光谱(如直射日光、透过玻璃的日光)。
- 辐照度控制系统: 精密监测并控制特定波长(通常是340nm或420nm)的光强度,确保测试条件的稳定性和可重复性。这是加速老化的关键参数。
- 温度和湿度控制系统: 精确控制试验箱内的黑标温度/黑板温度(BPT/BST,模拟材料表面温度)和干球温度(DBT,模拟空气温度),以及相对湿度(RH%)。
- 喷淋/冷凝系统: 模拟雨淋、露水或高湿环境,通常采用去离子水喷淋或背面冷凝方式。喷淋周期可编程控制。
- 试样架: 用于固定样品,通常可旋转以保证光照均匀性。
- 中央控制系统: 集成电脑或触摸屏,用于设定、监控和记录测试参数(光照、黑暗、温度、湿度、喷淋等循环程序)。
常用检测方法
氙灯老化测试并非单一方法,而是依据不同的标准和应用领域,选择不同的测试条件组合(循环):
- 光照/黑暗循环: 模拟白天和黑夜的交替,期间可控制不同的温度和湿度。
- 光照/喷淋循环: 在光照周期内或之后进行喷淋,模拟日晒雨淋。
- 光照/冷凝循环: 常用于背面冷凝测试,模拟露水形成。
- 光谱过滤选择: 根据测试目的选择不同的滤镜:
- 日光过滤器(如硼硅酸盐/硼硅酸盐): 模拟直射日光(用于户外暴露材料)。
- 窗玻璃过滤器(如硼硅酸盐/钠钙玻璃): 模拟透过窗玻璃的日光(用于室内材料或汽车内饰)。
- 辐照度设定: 根据标准要求设定特定波长(常用340nm或420nm)的光强度。
- 温度控制: 设定黑标温度(BST - 更接近材料表面温度)和干球温度(DBT)以及湿度。
测试周期通常以小时计,测试总时长根据材料预期寿命和评估要求确定,可以是几百小时到几千小时不等。
关键检测标准
氙灯老化测试遵循严格的标准规范,确保测试结果的科学性、可重复性和可比性。国际上和国内的主要标准包括:
- ISO 国际标准化组织:
- ISO 4892-2: Plastics - Methods of exposure to laboratory light sources - Part 2: Xenon-arc lamps (塑料 实验室光源暴露方法 第2部分:氙弧灯) - 这是最基础和应用最广泛的标准之一。
- ISO 105-B02: Textiles - Tests for colour fastness - Part B02: Colour fastness to artificial light: Xenon arc fading lamp test (纺织品 色牢度试验 B02部分:耐人造光色牢度:氙弧灯褪色试验)。
- ISO 11341: Paints and varnishes - Artificial weathering and exposure to artificial radiation - Exposure to filtered xenon-arc radiation (色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露 滤过的氙弧辐射暴露)。
- ASTM 美国材料与试验协会:
- ASTM G155: Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials (操作氙弧灯设备暴露非金属材料的标准规程) - 美国最常用的标准。
- ASTM D2565: Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Outdoor Applications (户外用塑料氙弧灯暴露的标准规程)。
- ASTM D4459: Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Indoor Applications (室内用塑料氙弧灯暴露的标准规程)。
- ASTM D6695: Standard Practice for Xenon-Arc Exposures of Paint and Related Coatings (色漆和相关涂层氙弧灯暴露的标准规程)。
- SAE J2527: Performance Based Standard for Accelerated Exposure of Automotive Exterior Materials Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus (使用可控辐照度氙弧灯设备加速暴露汽车外饰材料的基于性能的标准) - 汽车行业常用。
- SAE J2412: Accelerated Exposure of Automotive Interior Trim Components Using a Controlled Irradiance Xenon-Arc Apparatus (使用可控辐照度氙弧灯设备加速暴露汽车内饰部件)。
- GB 中国国家标准:
- GB/T 1865: 色漆和清漆 人工气候老化和人工辐射暴露(滤过的氙弧辐射) - 等同采用 ISO 11341。
- GB/T 16422.2: 塑料 实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙弧灯 - 等同采用 ISO 4892-2。
- GB/T 8427: 纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度:氙弧 - 等同采用 ISO 105-B02。
- 其他行业标准(如汽车、建材等)通常也会引用或基于以上基础标准制定特定要求。
结论
氙弧灯老化检测是评估材料耐候性、预测其使用寿命不可或缺的实验室加速测试手段。通过使用精密的氙灯试验箱,并严格遵循相关的国际或国家标准(如ISO 4892-2, ASTM G155, GB/T 1865, GB/T 16422.2等)设定的测试条件(包括光谱过滤、辐照度、温度、湿度和喷淋/冷凝循环),能够在相对较短的时间内,有效揭示材料在颜色、光泽、机械性能和表面状态等方面的劣化趋势和失效模式。选择正确的检测项目、仪器配置、测试方法和适用标准至关重要,这将直接影响测试结果的准确性和对实际应用的指导价值。
CMA认证
检验检测机构资质认定证书
证书编号:241520345370
有效期至:2030年4月15日
CNAS认可
实验室认可证书
证书编号:CNAS L22006
有效期至:2030年12月1日
ISO认证
质量管理体系认证证书
证书编号:ISO9001-2024001
有效期至:2027年12月31日