IEC 60068-2-5中辐照度和温度的解读
2017-09-16庄爱鹏张恒孙杏蕾
庄爱鹏，张恒，孙杏蕾
IEC 60068-2-5中辐照度和温度的解读
庄爱鹏，张恒，孙杏蕾
（美国Q-Lab公司中国代表处，上海 200436）
为了更好解读IEC 60068-2-5:2010中的辐照度和温度设定，及如何执行该标准，结合标准中对辐照度和温度设定的要求，提供具体的解决方案。建议在执行标准时，应使用日光过滤片来过滤氙灯光源，实现该标准对光源的要求。同时建议使用340 nm点控制，辐照度设定为0.60 W/m2@340 nm。对于温度的设定，建议按照标准中图2的温度上升、下降与时间的关系，对其进行设定。另外，标准中程序A的循环接近最严酷的自然条件，而程序B和程序C的循环比程序A的严酷很多。因此，一般情况下推荐程序A，对于耐候性好的材料，需要加速测试的，推荐程序B。
IEC 60068-2-5:2010；Q-SUN氙灯试验箱；辐照度
IEC 60068-2-5:2010《Environmental testing – Part 2-5: Test Sa: Simulated solar radiation at ground level and guidance for solar radiation testing》[1]是国际电工委员会的一个环境测试试验方法。目前电子行业在广泛引用这个标准，对材料或产品进行耐候老化测试，其中包括空调、洗衣机、电脑、电视、手机、耳机、厨卫电器、太阳能等电工电子产品。
很多广泛使用的国标也采用或引用了该标准，如GB/T 2423.24—2013《环境试验第2部分：试验方法试验Sa：模拟地面上的太阳辐射及其试验导则》[2]。
该标准广泛用于电子电工产品的耐候性测试，主要利用氙灯光源，来加速模拟材料和产品在大气环境下，因光照等因素的作用而产生的破坏。
1 光谱和辐照度
1.1 光谱的定义
该标准的4.3节指出光谱能量分布参照CIE 85，具体见表1。更详细的光谱能量分布，见附录C中的表C.1。波长从280~3000 nm总的辐照度为1120 W/m2。
表1 光谱能量分布
在执行标准时，应使用日光过滤片来过滤氙灯光源，实现该标准对光源的要求。日光过滤片是用来模拟户外直射太阳光最常用的氙灯过滤系统，经日光过滤片过滤的氙灯光源，最接近实际的户外光照环境，其光谱与太阳光光谱之间的比较如图1所示。因为780 nm或800 nm以上的红外光谱对于高分子材料的作用仅为热效应，在有黑板温度控制的条件下，红外光谱往往不被考虑。因此，新的光谱曲线一般仅描述紫外和可见光部分。
1.2 辐照度设定
该标准的4.2节对试验箱中光谱的阐述为：地球表面的辐照度受太阳常数及大气层对其衰减和散射的影响，参照CIE 85，辐照度为1120 W/m2。在标准的5.8节“试验设备”中也指出，辐照度应为1120 W/m2（1± 10%），光谱能量分布参照表1。因此该标准对辐照度的设定采用的是总辐照度的设定，即全光谱上的辐照度为1120 W/m2。这种辐照度的定义没有考虑到不同波段光线对材料老化的差异性，即波长越短对材料的破坏力越强。
新的标准中大多采用了点控制的方法，即采用340 nm或420 nm点控制，如ISO 4892-2: 2013[3]和ASTM G155—2013[4]。考虑到IEC 60068-2-5: 2010模拟的是户外直射太阳光，建议使用340 nm点控制，推荐Daylight-B/B日光过滤片，而辐照度设定为0.60 W/m2@340nm。
2 温度
标准的5.2节指出，箱体内的温度，不管是光照阶段还是黑暗阶段，都应符合程序A，B或C的要求。而且指出，在光照阶段，箱体内的温度应以1 K/min的速率上升或下降。
标准的7.1节又指出，在程序A中，箱体内的温度应在光照阶段之前2 h开始升温。在程序A和B的黑暗阶段，箱体内的温度应以大约1 K/min的速率下降，并最终保持在25 ℃。
程序A的一个循环是24 h，包括8 h光照和16 h黑暗，重复进行。程序B的一个循环也是24 h，包括20 h光照和4 h黑暗，重复进行。程序C是持续光照。每个程序的光照时间，黑暗时间，温度要求如图2所示。
上述5.2节和7.1节中对温度上升或下降速率的描述，与图2中温度与时间的描述不符。如果按照5.2节和7.1节的要求，则在光照阶段直接设置为40 ℃，在黑暗阶段直接设置为25 ℃即可。
如果是按照图2中温度上升、下降与时间的关系，在Q-SUN氙灯试验箱[5]中则可按图3的要求对温度进行设定。
Q-SUN氙灯试验箱中具体的温度与时间的关系见表2（Procedure A）、表3（Procedure B）和表4（Procedure C）。
表2 Q-SUN氙灯试验箱中温度与时间的关系（Procedure A）
表3 Q-SUN氙灯试验箱中温度与时间的关系（Procedure B）
表4 Q-SUN氙灯试验箱中温度与时间的关系（Procedure C）
3 结语
根据对IEC 60068-2-5标准的解读，推荐如下配置：Q-SUN氙灯试验箱，Daylight-B/B过滤片，辐照度设定为0.60 W/m2@340 nm，温度设定参照表2—4。
另外，程序A的循环接近最严酷的自然条件，而程序B和程序C的循环比程序A的严酷很多，尤其是程序C，所以标准的7.1节也指出不推荐运行程序C。因此，一般情况下推荐程序A，对于耐候性好的材料，需要加速测试的，推荐程序B。
[1] IEC 60068-2-5:2010, Environmental Testing—Part 2-5: Test Sa: Simulated Solar Radiation at Ground Level and Guidance for Solar Radiation Testing[S].
[2] GB/T 2423.24—2013, 环境试验第2部分:试验方法试验Sa: 模拟地面上的太阳辐射及其试验导则[S].
[3] ISO 4892-2:2013, Plastics—Methods of Exposure to Laboratory Light Sources—Part 2: Xenon-arc Lamps[S].
[4] ASTM G155-2013, Standard Practice for Operating Xenon Arc Light Apparatus for Exposure of Non-Metallic Materials [S].
[5] 张恒. QUV和Q-Sun两种有效测试耐候性和光稳定性方法的比较[J]. 汽车工艺与材料, 2006(8): 36-39.
Irradiance and Temperature Specified in IEC 60068-2-5
ZHUANG Ai-peng, ZHANG Heng, SUN Xing-lei
(Q-Lab China, Shanghai 200436, China)
In order to study irradiance and temperature settings specified in IEC 60068-2-5:2010 better, specific solutions were provided based on the setting requirements of irradiance and temperature specified in the standard to solve the problem of how to perform this standard. It was recommended using daylight filter in executing the Standard to meet the light source requirement of the standard. Meanwhile, it was also suggested to use 340nm point control and set the irradiance as 0.60 W/m2@340nm. For the temperature setting, it was recommended referring to the relationship between temperature and time specified in Figure 2 of the standard. In addition, cycle A in the standard was close to the most severe natural conditions, while cycle B and cycle C were more severe than cycle A. Therefore, cycle A was not recommended in general conditions. For the materials with very good weatherability and need accelerated test, cycle B was recommended.
IEC 60068-2-5:2010; Q-SUN xenon-arc chamber; irradiance
10.7643/ issn.1672-9242.2017.08.009
TJ01
A
1672-9242(2017)08-0046-04
2017-03-13；
2017-04-17
庄爱鹏（1987—），男，山东人，主要研究方向为材料科学与工程。
