1 老化試驗(yàn)的目地

眾所周知，每年由于老化所造成的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。老化常常造成紡織品、涂料、塑料以及其他一些有機(jī)物的物理性能發(fā)生變，主要表現(xiàn)在變色、失光、強(qiáng)度下降、龜裂、剝落、粉化及氧化等。我們知道日光，特別是短波長(zhǎng)的紫外光、高溫、雨水、露水和以高濕度形式出現(xiàn)的濕氣是造成上述損壞的主要因素。

進(jìn)行老化測(cè)試的目的有下幾點(diǎn)：(1)為了符合相關(guān)質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；(2)避免由老化所造成的損失；(3)提高產(chǎn)品的聲譽(yù)；(4)檢驗(yàn)供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量；(5)提高產(chǎn)品的耐候性；(6)大幅度降低材料費(fèi)用；(7)擴(kuò)大產(chǎn)品的品種；(8)幫助進(jìn)入新市場(chǎng)；(9)在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝；(10)走在標(biāo)準(zhǔn)的前面。

2 戶外天然老化測(cè)試

戶外老化測(cè)試的結(jié)果是最接近于自然老化的一種測(cè)試方式。根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，我們可以選擇不同地點(diǎn)進(jìn)行室外曝曬測(cè)試，如美國(guó)Q-lab公司在兩個(gè)標(biāo)志性地點(diǎn)：佛羅里達(dá)和亞利桑那曬場(chǎng)。表1為佛羅里達(dá)和亞利桑那的自然條件比較。佛羅里達(dá)為高輻照強(qiáng)度、高溫、高濕度的典型的亞熱帶氣候。苛刻的氣候?qū)τ趹敉馄貢裨囼?yàn)是理想的地點(diǎn)，尤其對(duì)濕度敏感的材料，如涂料、建筑材料和塑料的測(cè)試是格外有用的。而且，佛羅里達(dá)對(duì)于抗霉試驗(yàn)也是非常好的。

亞利桑那則為產(chǎn)品提供更為嚴(yán)酷的曝曬環(huán)境。相比于佛羅里達(dá)，高紫外線、極其高的溫度、大幅度的日溫差波動(dòng)和低濕度水平是最為典型的沙漠氣候。在亞利桑那，年輻照度比佛羅里達(dá)多20％；最高氣溫通常高出15℃。對(duì)于大多數(shù)材料來(lái)說(shuō)，在這種苛刻的環(huán)境下降解速度比在佛羅里達(dá)要快得多。對(duì)于涂料的顏色、塑料的熱老化和物理性能、塑料涂層的耐光以及紡織品的抗張強(qiáng)度等有顯著的影響。由于上述兩個(gè)自然曝曬場(chǎng)比溫和氣候條件的地區(qū)能出現(xiàn)更快速的降解過(guò)程，所以人們通常會(huì)采用“佛羅里達(dá)耐候性”和“亞利桑那耐候性”作為耐用性試驗(yàn)的基準(zhǔn)。

同時(shí)，Q-lab公司還提供室外自然加速老化設(shè)備Q-Trac。它是通過(guò)利用多面鏡子將太陽(yáng)光反射到樣品架上（需要指出的是，鏡子只能反射80％的太陽(yáng)紫外線）加速產(chǎn)品的老化。Q-Trac所能集中的紫外線相當(dāng)于太陽(yáng)的5倍；而1年的Q-Trac加速老化可等同于5年的佛羅里達(dá)自然曝曬。適用于室外自然加速曝曬的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有ASTMG90《用集中自然光線法加速對(duì)非金屬材料的室外風(fēng)蝕的規(guī)程》等。

3 實(shí)驗(yàn)室加速老化試驗(yàn)

由于自然的老化測(cè)試需要幾年的時(shí)間才能決定老化結(jié)果，對(duì)您的時(shí)間、日程安排、經(jīng)費(fèi)都是很大的考驗(yàn)，同時(shí)，由于各地的氣候條件千變?nèi)f化，同樣的被測(cè)材料有可能得到相差很大的老化結(jié)果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性和可再現(xiàn)性不是很好。因而，人們傾向于使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備人工加速老化，這樣不僅可以縮短試驗(yàn)周期、重復(fù)性好、可用于質(zhì)量控制和材料穩(wěn)定性測(cè)試，同時(shí)，該種方法的應(yīng)用范圍較廣，因僅在室內(nèi)使用，可以不受自然條件限制，僅考慮人為因素的影響即可，且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程都可由測(cè)試箱來(lái)完成。

人工加速老化大致有碳弧燈模擬加速、紫外光加速人工老化、氙弧燈加速老化三大類。

碳弧燈模擬加速老化試驗(yàn)箱是最早出現(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)在已很少使用的人已經(jīng)不多。20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了紫外加速老化試驗(yàn)箱，我們知道太陽(yáng)光中的紫外線，尤其是光譜中低于360nm以下的峰值是造成材料老化的要因。Q-lab公司的QUV紫外加速試驗(yàn)機(jī)即通過(guò)紫外燈管發(fā)射出紫外光譜模擬日光中的紫外光部分使材料的加速老化。其熒光UVB燈（UVB-313）的峰值波長(zhǎng)在313nm左右，其能量幾乎全部集中在280~360nm之間。能量分布的波長(zhǎng)范圍比日光的要短，他可以最大程度地加速試驗(yàn)。UVA-340燈，其射線波長(zhǎng)主要集中在295~360nm之間，UVA-340燈短波輻射與325nm以下的日光直射很相似。根據(jù)對(duì)材料不同的老化要求，客戶可選擇不同的紫外燈管。此外，QUV紫外加速試驗(yàn)機(jī)還擁有太陽(yáng)眼功能，太陽(yáng)眼是一種高精密的光度控制系統(tǒng)，其可以允許用戶選擇所期望的光照度水平，在太陽(yáng)眼反饋回路系統(tǒng)的幫助下，可以對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)、全自動(dòng)精確維護(hù)。當(dāng)選擇強(qiáng)度為0.68W/m2/nm,波長(zhǎng)為340的UVA-340燈，就可與夏季正午陽(yáng)光強(qiáng)度相匹配。同時(shí)，QUV還可以模擬雨水和露水的影響，可采用冷凝和水噴淋兩種方式達(dá)到目的。冷凝與自然的潮濕一致，通過(guò)升溫加速試驗(yàn)過(guò)程，產(chǎn)生的冷凝產(chǎn)物為純凈水－在樣品上無(wú)水漬或雜質(zhì)產(chǎn)生。噴淋是模擬由于穩(wěn)定溫度劇變和雨水沖刷所造成的機(jī)械侵蝕。

適用于紫外加速老化測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際上主要有ISO 4892—1:1999《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第一部分：通則》；ISO4892—3:1994 《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法 第三部分：熒光紫外燈》；ASTMG—151《非金屬材料實(shí)驗(yàn)室光源曝露加速試驗(yàn)裝置的試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)》；ASTM G—154 《非金屬材料的紫外 線熒光光源暴露試驗(yàn)方法》等。

從20世紀(jì)50年代開始，世界上出現(xiàn)了第一臺(tái)氙弧燈模擬加速老化試驗(yàn)機(jī)。氙弧燈以全陽(yáng)光光譜作為光源，其采用合適的過(guò)濾處理后的氙弧燈是測(cè)試產(chǎn)品對(duì)直接陽(yáng)光照射或透過(guò)玻璃的陽(yáng)光中的長(zhǎng)波紫外線和可見(jiàn)光的敏感度的最佳方式。它不但可以模擬室內(nèi)材料的耐光性能（Q-SUN 通過(guò)窗玻璃過(guò)濾器過(guò)濾后），同時(shí)還可以模擬氣候環(huán)境（Q-SUN具有水噴淋功能）。目前，應(yīng)用最為廣泛的氙燈老化機(jī)有旋轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)機(jī)和試樣靜態(tài)安置的試驗(yàn)機(jī) 兩大類。旋轉(zhuǎn)鼓式被設(shè)計(jì)成容器內(nèi)中心安放一支燈管，周圍是旋轉(zhuǎn)樣品架，圍繞光源旋轉(zhuǎn)。 此類樣品放置體系經(jīng)常被描述成“旋轉(zhuǎn)鼓”。而試樣靜態(tài)安置的老化機(jī)的被測(cè)樣品靜置，通 過(guò)各種控制手段來(lái)嚴(yán)格控制老化，包括模擬完 全陽(yáng)光光譜的氙燈、多種選擇的過(guò)濾系統(tǒng)、太陽(yáng)眼 TM 幅照度控制、符合ISO 9000 的標(biāo)準(zhǔn) 的校準(zhǔn)、黑板溫度控制系統(tǒng)、滿足ISO和ASTM要求的試驗(yàn)方法、三維試樣固定架和水噴淋功能。

 由于目前可選擇的氙燈試驗(yàn)機(jī)的品種很多，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織（包括ISO和ASTM），都傾向于發(fā)展以性能為基礎(chǔ)的測(cè)試手段和方式。這些方式定出了測(cè)試條件（如輻照、光譜、溫度、濕度等）以及可接受的性能范圍。而不要求使用任何特殊的裝置和硬件配置。這些標(biāo)準(zhǔn)正取代基于硬件要求（如水冷燈管和風(fēng)冷燈管）的舊式標(biāo)準(zhǔn)。舊式標(biāo)準(zhǔn)的制定是因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺乏有效的技術(shù)去精確測(cè)量和控制嚴(yán)格的測(cè)試條件。由于不能控制，所有我們的標(biāo)準(zhǔn)只能簡(jiǎn)單的描述裝置。希望曝曬試驗(yàn)的樣品因?yàn)槭褂孟嗤挠布?，能達(dá)到相同的作用和結(jié)果，但常常事與愿違。

為了進(jìn)一步比較室內(nèi)的老化試驗(yàn)與室外曝曬有什么不同，幾年前，Q-Lab公司和世界某著名品牌的卷材涂料生產(chǎn)商合作對(duì)各類不同的卷材涂料進(jìn)行了為期10年的室外自然老化曝曬、室外人工加速老化曝曬和實(shí)驗(yàn)室人工加速老化曝曬的比照試驗(yàn)研究。該測(cè)試采用五大類不同的樹脂，包括聚酯、塑料溶膠、70%的PVDF、丙烯酸乳液、硅改性聚酯。試驗(yàn)共采用了23中不同顏色、不同基料的樣品。室外自然老化曝曬主要在Q-Lab公司的佛羅里達(dá)、亞利桑那兩個(gè)曝曬場(chǎng)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室人工加速老化采用Q-Lab公司的UV熒光紫外燈、氙燈測(cè)試箱。對(duì)樣品性能進(jìn)行了測(cè)試，實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明能模擬室外老化的效果。

ISO 4892—1:1999《塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法第一部分：通則》；則是基于這一基礎(chǔ)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是最早的以性能為基礎(chǔ)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由ISO TC61委員會(huì)在1994年制訂的。在其附則中，詳細(xì)地介紹并推薦了水冷型氙燈和風(fēng)冷型氙燈兩大類老化試驗(yàn)機(jī)。而基于ISO 4892上，ASTMG03委員會(huì)制訂了G151—G155 老化測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)，基于以性能為基礎(chǔ)的老化標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越得到人們的認(rèn)同和應(yīng)用。2003 年，ISO TC61委員會(huì)又對(duì)1994版的ISO 4892-3:1994《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第三部分：熒光紫外燈》和ISO 4892—2:1994《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法第二部分：氙弧燈》進(jìn)行了重新的補(bǔ)充和修訂，這就是最新2003版的ISO 4892。另外2004年10月16~22日，在中國(guó)的成都將舉行TC61委員會(huì)2004年年會(huì)。

總之，目前的老化試驗(yàn)辦法和老化試驗(yàn)設(shè)備有多種選擇。只有根據(jù)你的材料和試驗(yàn)?zāi)康?/span>選擇合適的設(shè)備，才能保證你的試驗(yàn)達(dá)到滿意的效果。