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氣候和陽光輻照是損害涂料、塑料、油墨及其它高分子材料的主要原因，這種損害包括失光、褪色、黃變、開裂、脫皮、脆化、強度降低及分層，即使是室內(nèi)的光及通過玻璃窗透射的太陽光也都會使一些材料老化，比如引起顏料、染料等褪色或變色。太陽光譜輻射中造成材料老化的主要是紫外線輻射。

太陽光由紫外線、紅外線和可見光組成，其中可見光有七種顏色，分別是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。

太陽光，廣義的定義是來自太陽所有頻譜的電磁輻射。在地球，陽光顯而易見是當(dāng)太陽在地平線之上，經(jīng)過地球大氣層過濾照射到地球表面的太陽輻射，則稱為日光。當(dāng)太陽輻射沒有被云遮蔽，直接照射時通常被稱為陽光，是明亮的光線和輻射熱的組合。

紫外線波段劃分及老化原理

● UVA波段

波長320～400nm，又稱為長波黑斑效應(yīng)紫外線 。它有很強的穿透力，可以穿透大部分透明的玻璃以及塑料。日光中含有的長波紫外線有超過98%能穿透臭氧層和云層到達(dá)地球表面。

● UVB波段

波長280～320nm，又稱為中波紅斑效應(yīng)紫外線 。中等穿透力，它的波長較短的部分會被透明玻璃吸收，日光中含有的中波紫外線大部分被臭氧層所吸收，只有不足2%能到達(dá)地球表面，在夏天和午后會特別強烈。

● UVC波段

波長200～275nm，又稱為短波滅菌紫外線。它的穿透能力最弱，無法穿透大部分的透明玻璃及塑料。日光中含有的短波紫外線幾乎被臭氧層完全吸收。紫外線殺菌燈發(fā)出的就是UVC短波紫外線。

● UVD波段

波長100～200nm，又稱為真空紫外線。

波長越長，能量是越低的。

輻照的能量能使材料本身分子間的化學(xué)鍵斷裂，使得材料出現(xiàn)光澤度減弱，粉化，斷裂等老化現(xiàn)象。

老化三要素

導(dǎo)致材料老化的因素主要有三類，它們分別是：

1、太陽光 Sunlight；

2、溫度Temperature；

3、潮濕 Moisture。

上圖曲線圖從上到下顯示：

● 第一條曲線：只有濕度，沒有光照對制品老化光澤度的影響曲線，隨著時間推進(jìn)，光澤度變化不明顯。

● 第二條曲線：只有UV照射，白天加黑夜干燥的情況下，光澤度變化曲線。

● 第三條曲線：完全UV照射，不分白天黑夜，制品光澤度變化曲線。

● 第四條曲線：UV照射加濕度，制品光澤度變化曲線。

結(jié)論：只有UV一直照射制品，時間久了制品表面會形成一種保護層不再老化。潮濕環(huán)境下會出現(xiàn)熱脹冷縮，制品會老化更快，如果有噴淋的話，對制品表面有沖擊力，破壞這個保護層，致使老化現(xiàn)象更明顯，這樣的協(xié)同作用更接近現(xiàn)實室外天氣環(huán)境。

下圖中的數(shù)據(jù)列表是參照測試標(biāo)準(zhǔn)ISO4892-3進(jìn)行的實驗室內(nèi)紫外暴曬實驗，相當(dāng)于國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16422-3。

上圖表格中紅色線條圈出的測試條件為：8小時光照、15分鐘噴淋，3小時45分鐘冷凝，12小時一個循環(huán)。

實驗室中的各種老化測試介紹

（一）UV老化

問：UV燈管類型有哪些？

共有兩種類型的UV燈管：UVA-340，UVB-313。

問：不同類型的UV燈管用途有何不同？

UVA-340：模擬陽光中的紫外線部分，主要用于戶外產(chǎn)品的光老化試驗。最接近日光照射室外紫外輻射。

UVA-351：用于模擬穿過窗玻璃的陽光的紫外線部分，主要用于室內(nèi)。

UVB-313：廣泛應(yīng)用于耐久性材料的快速、節(jié)省的測試，會加速材料的老化。

（二）UVA老化

實驗室UVA-340燈的輻照度：

○ 0.68W/m²@340nm 相當(dāng)于夏季正午的陽光，得到快速的效果；

○ 1.38W/m²@340nm 兩倍于太陽最大值，得到快速的效果；

○ 0.35W/m²@340nm 相當(dāng)于三月/九月的日光，適合普通測試或較低UV光強的測試。

（三）UVB老化

實驗室UVB-313燈的輻照度：

○ 0.67W/m2@340nm；

○ 1.23W/m2@340nm 非�？焖俚臏y試，應(yīng)用于質(zhì)量控制或耐久性好的材料測試；

○ 0.48W/m2@340nm UVB-313燈管執(zhí)行SAE J2020標(biāo)準(zhǔn)時的長時間光照。

（四）氙燈老化

圖 | 氙燈老化箱

1、氙燈老化

Q-SUN氙燈試驗箱的氙弧燈可以最真實地再現(xiàn)全光譜太陽光，包括紫外線、可見光和紅外線。對于許多材料的測試需要將其曝露在全光譜下，以提供準(zhǔn)確的模擬，特別是在色牢度測試和耐光性測試中。

氙弧燈光源必須經(jīng)過適當(dāng)過濾，才能得到特定需求的光譜。光譜的差異可能影響樣品老化的速度和類型。(氙燈老化箱里面配備濾光器)

2、氙燈老化-濾光器

● 日光濾光器

日光濾光器用來模擬戶外直射陽光。它與大多數(shù)的戶外應(yīng)用環(huán)境具有較好的相關(guān)性。通常在戶外使用的材料，如屋頂或戶外涂料，應(yīng)使用日光濾光器進(jìn)行測試。Q-SUN氙燈試驗箱有三種不同類型的日光濾光器可選：Daylight – F、Daylight – Q 和 Daylight B/B。

● 窗玻璃濾光器

窗玻璃濾光器模擬窗玻璃透射陽光。該光譜還可模擬一些室內(nèi)照明，如典型的商業(yè)或辦公場所的光照環(huán)境。窗玻璃濾光器用于測試室內(nèi)材料，如印刷材料或紡織品。具有四種不同的窗玻璃濾光器：Window - Q、Window - B/SL、Window SF-5 和 Window - IR。

● 紫外延展濾光器

紫外延展濾光器允許在自然太陽光正常截止點以下的紫外光通過。該濾光器用于提供更快更嚴(yán)酷的測試條件。紫外延展濾光器被要求用于一些汽車、航空領(lǐng)域的測試。Q-SUN有兩種紫外延展濾光器可選：Extended UV - Q/B 和 Extended UV - Quartz。

實驗室老化實驗?zāi)M測試時間與大自然環(huán)境時間的相關(guān)性

首先，老化的機理比較復(fù)雜，通常認(rèn)為陽光中紫外光段是導(dǎo)致高分子材料老化的主要因素，但是紫外光所有引起的老化又不是線性的

籠統(tǒng)的要求實驗室老化和自然老化的比較其實是個偽命題。必須指明什么條件的實驗室老化（輻射強度、循環(huán)模式）和某個地域的戶外自然老化。

而且，沒有理論換算公式，不同的地域的老化時間的換算都應(yīng)該是通過試驗獲取的經(jīng)驗數(shù)據(jù)！

比如，根據(jù)美國一項試驗，UVA-340輻照，1.35W/m2@340nm，4H光照/4H冷凝，黑標(biāo)50℃的測試條件，其2000小時的測試結(jié)果與亞利桑那州2年自然老化數(shù)據(jù)比較吻合，但我們不能說，1000H測試相當(dāng)于1年的自然老化。

UV紫外老化試驗箱中多長時間的測試相當(dāng)于戶外暴曬一年?

為什么我們不管使用多么先進(jìn)、多么可靠性高的UV紫外線耐氣候設(shè)備都無法得出上面的數(shù)據(jù)？那時因為材料所放置的大自然環(huán)境中存在下列幾點的不確定性：

1、戶外曝曬場的地理緯度（越靠近赤道，紫外線越強），海拔高度（海拔越高意味著紫外線越強）。所以面對使用在不同地域的同類產(chǎn)品所試驗的要求也不一樣。

2、當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，例如風(fēng)速會影響測試樣品的風(fēng)干程度或接近水源的地方會促進(jìn)露水的形成。（常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)型UV紫外線耐氣候試驗箱是沒有風(fēng)速要求的，試驗箱存在的風(fēng)是給加熱管散熱的熱風(fēng)，但是其風(fēng)速是不可控的。）

3、由于每年的氣候不同，同一地區(qū)次年天氣對樣品的影響有可能是上一年的2倍。

4、季節(jié)的影響，比如，冬天的戶外氣候?qū)υ嚇拥钠茐淖饔煤拖募緩娏业年柟夂妥贤饩�對試樣的破壞程度有很大的差異。

5、樣品的朝向（偏南5度和正北就有很大不同）。

6、 樣品的絕緣與否。

7、試驗箱的測試周期（紫外線光照時間以及冷凝潮濕時間）。

8、試驗箱的操作溫度（溫度越高，老化越快），可根據(jù)實際的試樣試驗需求在試驗箱上設(shè)定不同的溫度，一般標(biāo)準(zhǔn)的試驗箱的溫度可設(shè)定為常溫到70℃。

所以談?wù)揢V紫外試驗箱和戶外曝曬長度之間的換算條件是沒有任何意義的。原因是UV紫外線試驗箱中的環(huán)境是恒定的，而試樣所存在的大自然環(huán)境則是千變?nèi)f化沒有規(guī)律可循的。

紫外老化試驗箱與自然老化對比換算的矛盾

其實，二者之間是沒有什么換算關(guān)系的，無論從高分子材料的老化機理，還是紫外老化試驗箱的設(shè)備老化原理角度看，二者絕無固定的換算關(guān)系。這是由于自然氣候變化多端， 人工氣候箱無法完全模擬，因此國內(nèi)外到目前為止還沒有標(biāo)準(zhǔn)描述其換算關(guān)系。

天氣數(shù)據(jù)是相對性的數(shù)據(jù)，高分子材料的結(jié)構(gòu)和物化性質(zhì)又是千差萬別，不可能存在固定的換算關(guān)系。不過，我們還是可以從紫外老化試驗箱等人工加速老化試驗得到老化測試數(shù)據(jù)，只不過該數(shù)據(jù)是相對數(shù)據(jù)， 而不是絕對數(shù)據(jù)，因為紫外老化試驗箱等人工光源的加速老化試驗有如下局限性：

1、紫外老化試驗箱等人工光源加速老化試驗的光波分布與實際的自然環(huán)境日光分布不完全一致， 紫外老化試驗箱中創(chuàng)造的氣候條件與實際大氣的氣候條件有較大差異。

2、紫外老化試驗箱等人工光源加速老化試驗無法模擬出大氣的工業(yè)污染和其它許多因素對塑料的損害， 因而也無法模擬出這些多種因素聯(lián)合作用時的協(xié)同效應(yīng)。

3、紫外老化試驗箱等人工光源加速老化試驗在比大氣自然老化較高的溫度下進(jìn)行， 常常會引起塑料等高分子材料產(chǎn)生與大氣自然老化時不完全相同的變化過程。比如，紫外老化試驗中溫度控制在55℃以上，濕度95%，以及黑暗和噴淋等時間的設(shè)置都是很激烈的過程，和自然環(huán)境的變化相對溫和不同。

4、同一種高分子材料中高分子結(jié)構(gòu)并不全部一樣，高分子材料的性能也存在性能均一性的問題（即批次質(zhì)量差別），有時候微小的結(jié)構(gòu)的差別可能導(dǎo)致與自然環(huán)境對比的老化性能差別很大。

以上幾點局限性使人工加速老化試驗的結(jié)果很難與大氣自然老化結(jié)果取得對應(yīng)的準(zhǔn)確可靠的換算關(guān)系， 人們很難回答在人工老化試驗中試樣暴露單位時間會相當(dāng)于實際的大氣自然老化中暴露多長時間， 也很難找到不同加速老化試驗方法所取得結(jié)果之間的準(zhǔn)確換算關(guān)系。