太陽光模擬試驗是一種常用的光老化試驗方法，能夠模擬太陽光對材料的長期暴露，以評估材料的耐候性能。金屬鹵素燈是太陽光模擬試驗中常用的光源之一，其具有光譜分布廣、輻射強度高、壽命長等優點。本文將介紹金屬鹵素燈光老化試驗的方法和標準。
一、產品性能分析
在進行太陽光模擬試驗之前，我們首先需要對待測產品的性能進行分析。這包括產品的用途、材料的組成、表面處理等方面的信息。通過對產品性能的分析，可以確定試驗條件和評估指標，從而更好地進行光老化試驗。
1. 產品用途
了解產品的用途可以幫助我們判斷其在實際使用中可能會受到的光照條件。不同的用途對光老化的要求不同，因此在進行光老化試驗時需要考慮產品所處的環境。
2. 材料組成
產品的材料組成對其耐候性能有重要影響。不同材料對光照的響應不同，有些材料可能會出現變色、劣化等現象。因此，了解產品的材料組成可以幫助我們選擇合適的光老化試驗方法。
3. 表面處理
產品的表面處理方式也會對其光老化性能產生影響。例如，某些表面處理方法可以增強材料的抗紫外線能力，延緩其衰老過程。因此，需要了解產品的表面處理方式，以確定適合的光老化試驗條件。
二、檢測項目
金屬鹵素燈光老化試驗一般涉及以下幾個檢測項目
顏色變化通過比較試驗前后產品的顏色差異，評估產品的色差。
表面粗糙度檢測產品表面粗糙度的變化，評估產品的表面質量。
拉伸強度測定試驗前后產品的拉伸強度，評估產品的機械性能變化。
化學成分分析試驗前后產品的化學成分，檢測材料的化學穩定性。
微觀結構通過顯微鏡觀察試驗前后產品的微觀結構變化，評估材料的內部損傷情況。
三、試驗方法
金屬鹵素燈光老化試驗方法主要包括以下幾個步驟
確定試驗條件根據產品性能分析的結果，確定合適的試驗溫度、濕度和輻照強度等參數。
樣品制備按照相應標準切割和制備試樣，確保試樣尺寸符合要求。
試驗設備調試調試金屬鹵素燈的輻射強度、輻射平均度等參數，保證試驗的準確性。
樣品安裝將試樣固定在試驗設備上，并確保光源均勻照射到試樣表面。
試驗時間控制根據產品所需的壽命要求，確定試驗的時間長度。
試驗過程監控定期檢查試驗設備的工作狀態，并記錄試驗過程中的溫度、濕度、輻照強度等參數。
試樣評估試驗結束后，對試樣進行顏色測量、表面粗糙度測試、拉伸強度測試等評估項目。
四、 光照老化試驗簡介
箱體溫度:老化試驗箱內空氣的溫度;
黑板溫度( Black panel temperature, BPT ) :箱體內黑板溫度計表面的溫度，是光照老化試驗的一個重要 參數，用于模擬樣品表面溫度;黑標溫度(Black standard temperature,BST) : 其功能與BPT類似，但比BPT高約10% ;
輻照功率:樣品表面單位面積接收到的輻照強度，單位為W/m2@nm ;輻照功率可以用某一點的輻照強度表示 ,也可以用某一波段的輻照強度表示,如一個夏天中午太陽光照強度約為0.55W/m2@340nm.1.12W/m2@420nm. 575 W/m2@300~ 800nm。
輻照量:在-段時間內樣品表面單位面積累計接受到的輻照能量，輻照量=輻照功率*輻照時間。
五、光照老化原理
在光照條件下，高分子材料里的不飽和雙鍵( C=C)、苯環、支鏈等不穩定結構吸收高能量的紫外光后,會發生一系列復雜的化學反應,導致材料出現變色、龜裂、失光、物理性能降低等現象。
常見高聚合物敏感波長如下:
高聚合物 | 敏感波長 |
聚碳酸酯（PC） | 285~305,330~360 |
聚乙烯（PE） | 300 |
聚氯乙烯(PVC) | 320 |
聚苯乙烯(PS) | 318.5 |
聚丙烯(PP) | 300 |
聚甲醛(POM) | 300~320 |
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) | 290~315 |
可以看出，所有高聚合物的敏感波長均在400nm以下,所以一般認為對材料老化起主要作用的是紫外波段，而可見光和紅外光主要起到熱效應。對于UV老化，由于其能量以索外線為主,不具有熱效應，所以其黑板溫度和箱體溫度接近。
六、四種老化試驗方法對比
氙弧燈 | 熒光紫外燈 | 碳弧燈 | 金屬鹵素燈 | |
光源 | 氙弧燈管
| UV燈管: UVA、UVB
| 碳弧燈:紫外型和陽光型 | 金屬鹵素燈 |
光譜范圍 | 可見波段 ( 300^ 800nm) |
紫外波段 ( 280~ 400nm)
|
可見波段 ( 300' ~700nm )
| 可見+近紅外波段 ( 300 ^2450nm) |
常見標準 | GB/T 16422. 2-2014 | GB/T 16422.3-2014 GB/T 23987-2009 ASTM G154-2012 |
GB/T16422.4-2014 ISO 4892. 4-2013 JIS D0205-1987 |
GB/T2423.24-2013 IEC60068-2-5:2010 |
典型試驗條件 | 1.0.55W@340nm, BPT89℃, 50％RH,持續光照 | 1. UVA-340, . 0.76W@340nm; 8h光照(BPT: 60℃) , 4h冷凝(BPT: 50℃) (GB/T16422.3)
2. UVA-340, 0.89W@340nm; 8h光照(BPT: 60℃) , 4h冷凝(BPT: 50℃) ( ASTMG154) .
| 1. 陽光型:255W@300－700nm，BPT 63 or 83℃，濕度50%RH (JIS D0205 ) 2. 2. 紫外型: 500W@300－700nm, BPT 63 or83℃, 濕度50%RH (JIS D0205)
| 1.120W@300~ 2450nm. 8h光照16h黑暗；
2.1120W@300~ 24 50nm，20h光照4h黑暗
|
適用范圍 | 汽車內外飾材料電子產品外殼材料塑料、紡織品、涂料等其 | 塑料、橡膠、紡織品、涂料等材料(汽車相關材料 一般不用) | 僅部分行業和產品及日系 汽車材料使用 | 電子產品外殼材料 |
其他分析 | 其光譜與太陽光吻合最好，目前廣泛使用 | 僅能模擬紫外波段 | 與太陽光吻合不好且試驗成本高，已逐步被淘汰 | 試驗成本高，僅用于電子產品領域 |
七、光照試驗標準
紫外試驗標準 | 太陽光試驗標準 | |
通用 | ISO 4892-1 ASTM G151 ASTM G154. JIS D 0205 SAE J2020 | ISO 4892-1 ASTM G151 ASTM G155
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涂料 | ASTM D3794 ASTM D4587 NISSAN M0007 FED-STD-141B
| ISO 11341 ASTM D3451 ASTM D3794 ASTM D6695
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粘合劑 | ASTM C24.35.31 ASTM C1442 ASTM D904 ASTM D5215
| ASTM C1442 |
塑料 | ISO 4892 ANSI C57.12.28 ANSI, A14.5 ASTM D4329 ASTM D4674 ASTM D5208 DIN 53 384
| ISO 4892-2 ASTM D2565 ASTM D4459 ASTM D4101 ASTM D5071 ASTM D1248 DIN 53 387
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印刷油墨/畫材 | ASTM D3424
| ISO 12040 ASTM D3424 ASTM D5010 ASTM D4303 |
紡織 | AATCC TM 186 ACFFA
| AATCC TM 16 AATCC TM 169 BIS: 2454
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汽車 | SAE J2020
| SAE J2412 SAE J2527
|
