塑料氙灯老化试验方法之我见

曹阳　肖宝靓

[摘要]塑料氙灯老化试验要确认实验室光源的光谱辐照度在国标要求的范围内，根据样品实际使用状况选取相应的试验条件，确定要使用的辐照度，正确计算试验参数，试验过程严格按照国标要求进行，得出试验结果才真实有效。鉴于此，本文对塑料氙灯老化试验方法进行了分析探讨，仅供参考。

[关键词]氙灯；老化；塑料；试验；参数

一、氙灯老化试验概述

茌自然环境中，太阳光辐射被认为是老化的主要原因，因此对于人工气候老化和人工曝露辐射而言，模拟太阳光辐射是至关重要的。曝露设备在测试过程中，由于氙弧和滤光系统的老化，辐照度可能会变化，这种变化尤其发生在对聚合物材料光化学影响最大的紫外光范围。因此不仅要计量曝露的时间，而且要测量400nm以下的波长范围或在规定波长例如340nm处的曝露辐照度，并将这些值作为老化参照标准值。精确的模拟气候条件的各个方面对样品的作用是不可能的，因此氙灯老化试验箱模拟窗玻璃滤过的太阳辐射试验称为人工辐射曝露。国家标准GB/T16422.2-2014（以下简称国标）中对塑料氙灯老化试验的定义为：塑料试样暴露于有水分存在的氙弧灯下模拟实际使用环境中暴露于日光或窗玻璃过滤后日光下发生的自然老化效果。氙弧灯通过滤光器过滤之后，用来模拟日光中紫外区域和可见光区域的光谱能量分布。试样暴露于不同等级的光、热、相对湿度以及水的可控环境条件中，暴露的条件有：滤光器、辐照度、光暴露过程中的温度、试样箱中的相对湿度、试样润湿方式、水温和润湿周期、光照和暗周期的相对时间长度。润湿通常由采用去离子水喷洒试样、将试样浸入水中或在暴露试样的表面凝结水气三种方式产生，试验过程包括试样表面上辐照度和辐射暴露量的测量。试验结果可将一种已知性能的相似材料（对照物）与试验样品同时暴露来提供标准比对，也可用试验后的样品与未经试验的样品进行比对。

二、试验条件的选取

塑料氙灯老化试验暴露的方式有使用日光滤光器的暴露（人工气候老化）和窗玻璃滤光器的暴露两种。日光滤光器的暴露周期为102min干燥和18min喷淋，暴露的辐照度分为宽带300nm-400nm和窄带340nm条件下两种。窗玻璃滤光器的暴露周期为持续干燥，暴露的輻照度分为宽带300nm-400nm和窄带420nm条件下两种。对于温度的控制，国标中规定可以使用黑标温度计和黑板温度计，黑标温度计适用于仲裁试验，常规试验可使用黑板温度计代替，但通常情况下黑板温度计会比黑标温度计显示的温度低3℃1 2℃，试验箱中的温度和湿度可根据国标进行控制，也可由供需双方协商不进行控制。以汽车内饰件和外饰件为例，内饰件如仪表板、遮阳板，根据实际使用状况是在车内环境下，阳光通过玻璃窗照射在内饰件上，而且是持续干燥的状态，不存在雨水喷淋，所以应该选取窗玻璃滤光器的暴露，辐照度根据试验设备配置的传感器进行选取，黑板温度根据通常条件下的最恶劣的环境温度可选取63℃±3℃，箱内温湿度是否需要控制可根据供需双方协商确定。汽车外饰件，如后视镜、挡泥板、保险杠是直接暴露在阳光照射下，在自然环境中存在光照和光照加雨水喷淋交替存在的情况，应该选取日光滤光器的暴露，辐照度根据试验设备配置的传感器进行选取，黑板温度根据通常条件下的最恶劣的环境温度可选取63℃±3℃，箱内温湿度是否需要控制可根据供需双方协商确定。

三、实验室光源的光谱辐照度

氙灯老化实验室光源由一个或多个有石英封套的氙弧灯组成，其光谱范围包括波长大于270nm紫外光、可见光及红外光，氙弧灯经过两种不同的光过滤系统之一来改变其产生的辐射光谱分布，分别模拟太阳辐射的紫外和可见光的光谱分布，模拟3mm厚的窗玻璃滤过的光辐射的紫外和可见光的光谱分布。为了模拟日光，使用滤光器来滤除短波长的紫外辐射，采用可降低波长310nm以下辐照度的滤光器来模拟透过窗玻璃后的日光，另外使用滤除红外辐射的滤光器可防止对试样产生会引起热降解的不符合实际状态的加热。国标规定了配置滤光器的氙弧灯的辐照度茌紫外波长范围内的最小限值和最大限值，以配置日光滤光器的氙弧灯为例，要检测一个特定滤光器或滤光器组是否符合国标要求，应测量250nm-400nm的光谱辐照度，然后将每一带宽内的总辐照度相加，再除以290nm-400nm间的总辐照度，得到每一带宽内的光谱辐照度百分比。对于任意的单独的光谱辐照度分布，每一带宽内计算得到的百分比应在给定的最小限值和最大限值之间，各带宽计算得到的百分比相加之和为100%。实验室光源的辐照度要求具有均匀性，样品暴露面上任意位置的辐照度至少应为该暴露面最高辐照度的80%，如果不能满足，应对样品进行周期性换位。

四、试验参数的计算方法

根据试验需要的暴露方式和带宽确定要使用的辐照度，可以计算出试验需要的总时间或者总辐射暴露量。以使用日光滤光器的暴露，窄带340nm为例，通过国标中查表可确定辐照度为0.51W/（m2·nm），已知总暴露时间为1000h，需要计算总辐射暴露量，计算方法为：0.51W/（m2·nm）=0.51J/s·m2，1000h×3600×O.51 J/s·m2=1836000J，m2。在规定了总辐射暴露量的前提下，需要计算总的试验时间，也可以通过上述公式进行反算即可。

结语：

本文介绍了氙灯老化试验的原理，重点阐述了塑料氙灯老化试验的方法、试验条件的选取、试验光源的要求和检测方法以及相关试验参数的计算方法。