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碳弧灯老化测试

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发布时间：2025-03-13 08:59:43 更新时间：2025-03-12 09:00:58

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

碳弧灯老化测试用于模拟材料在日光和湿热环境下的耐候性，评估涂料、塑料、橡胶、纺织品等材料的抗老化性能。以下是基于 JIS D0205（汽车部件耐候性）、ASTM G152（非金属材料碳弧灯老化） 及 ISO 4892-4:2013（塑料实验室光源暴露方法） 的系统化检测方案：

一、核心检测项目与标准参数

检测类别	关键参数	测试条件	判定标准
光照周期	连续光照或循环（光照+喷淋）	光照：63℃±3℃，湿度50%±5%	JIS D0205-1987
碳弧灯类型	开放式碳弧灯（紫外+可见光谱）	电流：60A±2A，电压：50V±5V	ASTM G152-13
辐照度控制	340nm波段辐照度≥0.35W/m²	辐照计校准（每500h更换碳棒）	ISO 4892-4:2013
喷淋条件	喷淋周期（18min/102min循环）	去离子水，流量≥0.8L/min	SAE J1885-2020
测试时间	标准周期（300h、600h、1000h）	按产品需求或行业规范设定	客户自定义

二、检测设备与工具

设备/工具	用途	推荐型号/品牌
碳弧灯老化箱	模拟日光+湿热老化环境	Q-Sun Xe-3-HCE（符合ISO 4892-4）
辐照度计	紫外波段辐照度监测与校准	Atlas Ci4000（340nm传感器）
色差仪	颜色变化（ΔE≤2.0）评估	Konica Minolta CM-2600d
光泽度计	表面光泽度变化（60°角，ΔGU≤20%）	BYK Gardner micro-TRI-gloss
力学试验机	拉伸强度保留率（≥80%）测试	Instron 5966（10kN载荷）

三、标准化检测流程

1. 试样制备

尺寸要求：
- 涂料板：70mm×150mm，厚度均匀（喷涂膜厚按产品标准）；
- 塑料样条：ASTM D638标准样条（厚度2~4mm）。
预处理：恒温恒湿（23℃±2℃，50%RH±5%）平衡24h。

2. 测试条件设定

光照模式：
- 连续光照：适用于快速筛选测试（无喷淋）；
- 循环模式：光照102min + 喷淋18min（模拟昼夜循环）。
温度/湿度：
- 黑板温度：63℃±3℃（光照阶段）；
- 箱体湿度：50%±5%（非喷淋阶段）。

3. 测试运行与监控

安装试样于样品架，确保无遮挡；
启动设备，记录初始色差（ΔE₀）、光泽度（GU₀）及力学性能；
每100h停机检查，清洁碳棒并校准辐照度；
按周期（300h/600h/1000h）取样测试。

4. 结果判定

颜色变化：ΔE = √(ΔL² + Δa² + Δb²) ≤ 2.0（客户可接受范围）；
光泽度保留率：GU保留率 ≥ 80%（对比初始值）；
力学性能：拉伸强度/断裂伸长率保留率 ≥ 70%；
外观评级：无裂纹、粉化、起泡（ISO 4628标准分级）。

四、国际标准对比

参数	ASTM G152	JIS D0205	ISO 4892-4
碳棒类型 Sunshine Carbon Arc 开放型碳弧灯（双碳棒）封闭式碳弧灯（单碳棒）
辐照度控制无无 340nm≥0.35W/m²
喷淋周期无 18min/102min 可自定义（通常同JIS）
典型应用涂料、塑料汽车内外饰件通用塑料与橡胶

五、常见问题与解决方案

问题现象	可能原因	解决方案
试样黄变（ΔE＞5）	紫外线吸收剂不足或树脂降解	添加UV稳定剂（如Tinuvin 326），优化树脂聚合度
表面粉化	涂层交联度低或颜料耐候性差	提高固化温度/时间，选用金红石型钛白粉
裂纹产生	热应力集中或材料脆化	增加增韧剂（如POE），优化冷却速率
光泽度下降快	表面粗糙度增加或涂层脱落	优化喷涂工艺（膜厚均匀），添加流平剂

六、检测报告与改进建议

报告内容：
- 测试标准（如ASTM G152）、设备参数（碳棒型号、辐照度）；
- 周期数据（颜色、光泽、力学性能变化曲线）；
- 失效分析（SEM显微照片、FTIR化学结构变化）。
改进建议：
- 配方优化：添加抗氧化剂（如Irganox 1010）、紫外吸收剂；
- 工艺调整：控制加工温度（避免热降解）、增加表面涂层（如UV固化清漆）；
- 材料替换：选用耐候性更优的基材（如ASA替代ABS）。