人工加速老化試驗的基礎(chǔ)知識

為擺脫自然老化試驗考察周期漫長的制約，通常采用人工加速老化試驗來模擬并強化自然戶外氣候?qū)υ嚰钠茐淖饔茫ㄟ^考察材料在模擬現(xiàn)實情況的光、熱、氧、臭氧等因素條件下的老化情況來實現(xiàn)快速評價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還有一個很重要的目的是“防止過設計”。

一、人工加速老化方法

人工加速老化作為自然老化試驗的重要補充，已廣泛運用于高分子材料的研究、開發(fā)和檢測。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箱是蕞早出現(xiàn)的，因為維修費用高、不能校正、模擬光譜范圍狹窄等缺點，現(xiàn)在已很少使用。

◆研究表明，太陽光中的紫外光，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 70 年代開發(fā)了紫外老化試驗箱，主要有以UVA-340燈管作為測試光源的紫外老化試驗箱。該燈管的光源在360 nm以下和太陽光的紫外波段吻合度很高，特別適用于戶外產(chǎn)品的紫外耐候測試。

◆氙弧燈可以蕞真實地再現(xiàn)全光譜太陽光，包括紫外線、可見光和紅外線。采用合適的濾光技術(shù)后的氙弧燈設備是模擬產(chǎn)品在直接陽光照射以及透過玻璃的長波紫外線或可見光照射環(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（通過窗玻璃過濾器過濾后），同時還可以模擬戶外氣候環(huán)境（水噴淋達到降溫和淋雨效果）。

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

二、輻照能量與輻照強度

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

所謂輻照能量就是在一定時間內(nèi)被測材料單位面積上所受的總輻照能量，常以MJ/m2表示，或當波長為一選定值時（如340 nm）則以MJ/（m2·nm）表示。通過單位的量綱關(guān)系不難看出，輻照能量是以一定的輻照強度照射一定時間的累積，其數(shù)學計算公式為：輻照能量=輻照強度×時間。

由此可見，規(guī)定材料的人工加速老化指標，在輻照能量、輻照強度及照射時間3個參數(shù)中選定任意2個參數(shù)才能對老化指標進行充分約束規(guī)定。

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

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

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

因此，討論材料的耐老化指標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、輻照強度及照射時間3個參數(shù)及光譜波長范圍等的基礎(chǔ)上做出評判。