抗紫外线试验检测：保护材料免受阳光侵蚀的关键评估

在当今社会，大量工业产品和日常用品暴露于阳光中的紫外线辐射下。紫外线（UV）辐射是太阳光谱中波长在100纳米至400纳米之间的电磁波，主要分为UVA（315-400nm）、UVB（280-315nm）和UVC（100-280nm）三个波段。虽然大气层几乎完全吸收了UVC，但UVA和UVB却能穿透大气层，对暴露在户外的材料造成显著的破坏性影响。这种影响表现为材料的老化、褪色、脆化、开裂、强度下降甚至功能性丧失。因此，对材料和产品进行抗紫外线试验检测至关重要。这项检测通过模拟、加速材料在日光紫外线下的老化过程，科学评估其耐候性能，为产品的设计、选材、质量控制及使用寿命预测提供关键依据。它广泛应用于塑料、橡胶、涂料、纺织品、汽车零部件、建筑材料、户外家具、包装材料等多个行业，确保产品在预期寿命内保持外观和性能的稳定。

检测项目

抗紫外线试验检测的核心在于评估材料在经受紫外线辐射后，其关键性能指标的变化情况。主要的检测项目包括：

1. 外观变化： 观察并量化材料表面的颜色变化（褪色、黄变）、光泽度变化、粉化、开裂、起泡、斑点等外观缺陷的产生和程度。
2. 力学性能变化： 测试材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度、硬度等力学性能在老化前后的变化率。
3. 光学性能变化： 对于有透光或遮光要求的材料（如农膜、太阳镜片、涂料），检测其透光率、雾度（浑浊度）、紫外线阻隔率的变化。
4. 化学结构变化： 通过傅里叶变换红外光谱等手段，分析材料分子链结构是否发生断裂、交联或生成新的官能团。
5. 耐候老化等级评定： 根据相关标准，对材料的老化程度进行定级或判定是否合格。

检测仪器

进行抗紫外线加速老化试验的核心设备是人工气候老化试验箱，其中以氙灯老化试验箱最为常用和权威：

氙灯老化试验箱：

• 光源： 采用长弧氙灯，其光谱能量分布（SPD）在紫外线和可见光部分与太阳光最为接近，尤其是经过滤光器（如日光滤光器）筛选后，能更好地模拟太阳光的实际辐射效果。
• 辐照度控制： 配备精密的光强控制系统（通常以W/m² @ 340nm或W/m² @ 420nm为监控点），确保试验过程中辐照强度的稳定性和重复性。
• 温度控制： 包括黑板温度（BPT）或黑标温度（BST）控制（模拟材料表面在阳光下的温度）和箱内空气温度控制。
• 湿度控制： 可进行相对湿度（RH%）的调节和控制，模拟不同潮湿环境的影响。
• 喷淋系统： 模拟雨水或结露对材料的影响。
• 试样架： 可旋转或固定试样，确保均匀曝光。

其他仪器： 用于老化前后性能对比测试，如色差仪、光泽度仪、电子万能材料试验机、冲击试验机、分光光度计、红外光谱仪等。

检测方法

抗紫外线试验检测的核心方法是人工加速老化试验法，利用氙灯老化试验箱模拟并加速材料在自然环境中的老化过程：

1. 试验条件设定： 根据产品应用环境或相关标准要求，设定试验参数：

• 辐照度水平（常用0.35 W/m² @ 340nm 或 0.51 W/m² @ 340nm 等）
• 光照/黑暗周期（模拟日/夜循环，如 102分钟光照 / 18分钟喷淋+黑暗）
• 黑板/黑标温度（如 60°C, 70°C, 89°C 等）
• 箱体温度
• 相对湿度（如 50% RH, 70% RH 等）
• 喷淋周期和持续时间

2. 试样制备与放置： 按照规定要求制备标准试样，并安装到试验箱的试样架上。
3. 试验运行： 设备按设定程序运行，持续暴露试样于模拟的紫外光和气候条件下。
4. 中间检查与性能测试： 在设定的时间间隔（如100小时、300小时、500小时）取出部分试样，或在试验结束后，根据规定的检测项目，进行外观检查和物理/化学性能测试。
5. 结果评估： 将老化后的性能数据与老化前的初始数据进行比较，计算性能保持率或变化率，依据标准或客户要求评估材料的抗紫外线老化性能等级或是否合格。

检测标准

抗紫外线试验检测严格遵循国际、国家或行业标准，确保测试结果的科学性和可比性。常用的标准包括：

国际标准 (ISO):

• ISO 4892-2:2013 塑料 实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯 - 这是塑料抗紫外老化最核心的国际标准。
• ISO 105-B02:2014 纺织品 色牢度试验 B02部分：耐人造光色牢度：氙弧灯试验 - 纺织品抗光老化（含紫外）的主要标准。
• ISO 16474-2:2013 涂料和清漆 实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯 - 适用于涂料行业。

美国标准 (ASTM):

• ASTM G155-21 Standard Practice for Operating Xenon Arc Lamp Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials - 非金属材料氙灯暴露的操作规程，应用广泛。
• ASTM D2565-23 Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Outdoor Applications - 侧重户外用塑料。
• ASTM D4459-23 Standard Practice for Xenon-Arc Exposure of Plastics Intended for Indoor Applications - 侧重户内用塑料。
• ASTM D7869-17 Standard Practice for Xenon Arc Exposure Test with Enhanced Light and Water Exposure for Transportation Coatings - 针对运输涂层。

中国国家标准 (GB):

• GB/T 16422.2-2022 塑料 实验室光源暴露试验方法 第2部分：氙弧灯 - 等效于ISO 4892-2。
• GB/T 8427-2019 纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧 - 等效于ISO 105-B02。
• GB/T 1865-2009 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） - 等效于ISO 11341。
• 还有许多针对特定产品的国标或行业标准会引用或包含氙灯老化试验部分。

其他标准： 如汽车行业的SAE J2412，SAE J2527等。

选择合适的标准至关重要，需根据测试材料的类型、最终应用领域和客户的具体要求来决定。不同标准在辐照度、温度、湿度、循环条件等方面可能存在差异。