人工加速老化试验的基础知识

作者单位：中国建筑材料检验认证集团苏州有限公司

摘自：《中国建筑防水》2018年第20期

人工加速老化方法

人工加速老化作为自然老化试验的重要补充，在高分子材料的研究开发和检测中得到了广泛的应用。人工加速老化大致可分为三类：碳弧灯模拟加速老化、荧光紫外加速老化、氙弧灯加速老化。

◆最早出现的是碳弧灯模拟加速老化试验箱，由于其维护成本高、无法校准、模拟光谱范围窄，目前已很少使用。

◆研究表明，太阳光中的紫外线，特别是360nm以下波段的能量，是造成材料老化的主要因素。基于此原理，20世纪70年代发展出了紫外老化试验箱，主要采用UVA-340灯作为试验光源。该灯的光源与太阳光360nm以下的紫外波段高度一致，特别适合户外产品的紫外耐候试验。

◆氙弧灯能最真实地再现太阳光的全光谱，包括紫外线、可见光和红外线。氙弧灯设备搭配适当的过滤技术是模拟产品在阳光直射和长波紫外线或可见光透过玻璃下的最佳方式。它不仅可以模拟室内材料的耐光性（经过窗玻璃滤光片过滤后），还可以模拟室外的气候环境（喷水达到降温、降雨效果）。

但这种方法也有局限性，即氙弧光源的稳定性以及由此带来的测试系统复杂性。氙弧光源必须经过过滤以减少不需要的辐射，而不同类型的玻璃滤光片则可实现不同的辐照度分布。氙弧灯常用的滤光片有三种：日光滤光片、窗玻璃滤光片和紫外增强滤光片，其光谱分布如下。

辐射能量和辐射强度

所谓辐照强度，是指被测材料单位面积上的紫外线辐射功率，通常以W/m2表示，或当波长为某一选定值（如340nm）时，以W/（m2·nm）表示。

所谓辐照能量，就是被测材料在一定时间内，单位面积所受到的辐照能量总量，通常以MJ/m2表示，或当波长为选定值（如340nm）时，以MJ/(m2·nm)表示。从单位的量纲关系不难看出，辐照能量是一定辐照强度在一定时间内的积累，其数学计算公式为：辐照能量=辐照强度×时间。

由此可见，要规定材料的人工加速老化指标，必须从辐照能量、辐照强度和辐照时间三个参数中选取任意两个参数才能对老化指标进行充分约束。

同做人工气候加速老化试验，甚至使用同一台老化仪，怎么会出现辐照强度不同的现象呢？这不难解释，主要是选定的监测点不同造成的。理论上，可以在氙灯光谱的任意位置监测辐照强度，但通常只选定几个波段，而且辐照强度一般都选定在被测材料敏感的光谱区域内。另外，辐照强度监测点也会因行业或应用范围不同而有很大差异。

◆大量研究表明，波长为340nm的短波紫外线对暴露在户外的产品破坏性最强，因此该控制点被广泛应用于户外涂料、塑料、屋面材料等人工加速老化试验中。

◆长波紫外及可见光区域420nm一般用于材料的室内光稳定性测试，模拟透过窗玻璃的太阳光谱，通常用于室内产品的老化测试。

因此，在讨论材料耐老化性能时，不能仅考虑辐射能量的数值，而必须根据辐射能量、辐射强度和辐照时间三个参数以及光谱波长范围的综合权衡作出判断。