人工加速老化試驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)

為擺脫自然老化試驗(yàn)考察周期漫長(zhǎng)的制約，通常采用人工加速老化試驗(yàn)來(lái)模擬并強(qiáng)化自然戶外氣候?qū)υ嚰钠茐淖饔?，通過(guò)考察材料在模擬現(xiàn)實(shí)情況的光、熱、氧、臭氧等因素條件下的老化情況來(lái)實(shí)現(xiàn)快速評(píng)價(jià)材料老化性能的目的，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量尤其是提高其耐候性，較大限度避免由老化所造成的損失。

另外，現(xiàn)在越來(lái)越多的企業(yè)出于成本控制的考量，希望在承諾的產(chǎn)品使用壽命內(nèi)，盡量降低材料的使用成本，所以人工加速老化試驗(yàn)還有一個(gè)很重要的目的是“防止過(guò)設(shè)計(jì)”。

一、人工加速老化方法

人工加速老化作為自然老化試驗(yàn)的重要補(bǔ)充，已廣泛運(yùn)用于高分子材料的研究、開(kāi)發(fā)和檢測(cè)。人工加速老化大致有碳弧燈模擬加速老化、熒光紫外加速老化、氙弧燈加速老化三大類。

◆碳弧燈模擬加速老化試驗(yàn)箱是蕞早出現(xiàn)的，因?yàn)榫S修費(fèi)用高、不能校正、模擬光譜范圍狹窄等缺點(diǎn)，現(xiàn)在已很少使用。

◆研究表明，太陽(yáng)光中的紫外光，尤其是360 nm以下的波段能量是造成材料老化的主要因素，利用這一原理在20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)發(fā)了紫外老化試驗(yàn)箱，主要有以UVA-340燈管作為測(cè)試光源的紫外老化試驗(yàn)箱。該燈管的光源在360 nm以下和太陽(yáng)光的紫外波段吻合度很高，特別適用于戶外產(chǎn)品的紫外耐候測(cè)試。

◆氙弧燈可以蕞真實(shí)地再現(xiàn)全光譜太陽(yáng)光，包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線。采用合適的濾光技術(shù)后的氙弧燈設(shè)備是模擬產(chǎn)品在直接陽(yáng)光照射以及透過(guò)玻璃的長(zhǎng)波紫外線或可見(jiàn)光照射環(huán)境下的較優(yōu)方式，不但可以模擬室內(nèi)材料的耐光性能（通過(guò)窗玻璃過(guò)濾器過(guò)濾后），同時(shí)還可以模擬戶外氣候環(huán)境（水噴淋達(dá)到降溫和淋雨效果）。

但該方法也有局限性，即氙弧燈光源穩(wěn)定性及由此帶來(lái)的試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性。氙弧燈光源必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾以減少不期望的輻射，為達(dá)到不同的輻照度分布可選擇不同類型的玻璃過(guò)濾器。氙弧燈經(jīng)常使用的過(guò)濾器有 3種類型：日光過(guò)濾器、窗玻璃過(guò)濾器和紫外加強(qiáng)濾過(guò)器，各自的光譜分布如下。

二、輻照能量與輻照強(qiáng)度

所謂輻照強(qiáng)度即被測(cè)材料單位面積上的紫外線輻射功率，常以W/m2表示，或當(dāng)波長(zhǎng)為一選定值時(shí)（如340 nm）則以W/（m2·nm）表示。

所謂輻照能量就是在一定時(shí)間內(nèi)被測(cè)材料單位面積上所受的總輻照能量，常以MJ/m2表示，或當(dāng)波長(zhǎng)為一選定值時(shí)（如340 nm）則以MJ/（m2·nm）表示。通過(guò)單位的量綱關(guān)系不難看出，輻照能量是以一定的輻照強(qiáng)度照射一定時(shí)間的累積，其數(shù)學(xué)計(jì)算公式為：輻照能量=輻照強(qiáng)度×?xí)r間。

由此可見(jiàn)，規(guī)定材料的人工加速老化指標(biāo)，在輻照能量、輻照強(qiáng)度及照射時(shí)間3個(gè)參數(shù)中選定任意2個(gè)參數(shù)才能對(duì)老化指標(biāo)進(jìn)行充分約束規(guī)定。

同樣做人工氣候加速老化試驗(yàn)，甚至是用同一臺(tái)老化儀器，怎么會(huì)出現(xiàn)不同的輻照強(qiáng)度呢？這一點(diǎn)不難解釋，主要是由選用的監(jiān)控點(diǎn)不同造成的。理論上，輻照強(qiáng)度可以在氙燈光譜的任意位置進(jìn)行監(jiān)控，但通常選用的僅是為數(shù)不多的幾個(gè)波段，一般常在被測(cè)材料的敏感光譜區(qū)進(jìn)行輻照強(qiáng)度選控。另外，輻照強(qiáng)度監(jiān)控點(diǎn)還因行業(yè)或應(yīng)用途徑范疇不同而有較大差異。

◆大量研究表明，波長(zhǎng)340 nm處的短波紫外線對(duì)戶外外露使用產(chǎn)品蕞（zui）具破壞性，因此該控制點(diǎn)廣泛應(yīng)用于戶外涂料、塑料、屋面材料的人工加速老化測(cè)試中。

◆420 nm處長(zhǎng)波紫外線和可見(jiàn)光區(qū)一般用于材料室內(nèi)光穩(wěn)定性測(cè)試，模擬透過(guò)窗玻璃的太陽(yáng)光譜，通常用于室內(nèi)產(chǎn)品的老化測(cè)試。

因此，討論材料的耐老化指標(biāo)不能僅考慮輻照能量的數(shù)值大小，而要在權(quán)衡綜合輻照能量、輻照強(qiáng)度及照射時(shí)間3個(gè)參數(shù)及光譜波長(zhǎng)范圍等的基礎(chǔ)上做出評(píng)判。