人工加速老化試驗的基礎知識

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對試件的破壞作用，通過考察材料在模擬現實情況的光、熱、氧、臭氧等因素條件下的老化情況來實現快速評價材料老化性能的目的，從而提升產品質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，現在越來越多的企業出于成本控制的考量，希望在承諾的產品使用壽命內，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的，因為維修費用高、不能校正、模擬光譜范圍狹窄等缺點，現在已很少使用。

◆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，特別適用于戶外產品的紫外耐候測試。

◆氙弧燈可以蕞真實地再現全光譜太陽光，包括紫外線、可見光和紅外線。采用合適的濾光技術后的氙弧燈設備是模擬產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境下的較優方式，不但可以模擬室內材料的耐光性能（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，即氙弧燈光源穩定性及由此帶來的試驗系統的復雜性。氙弧燈光源必須經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，其數學計算公式為：輻照能量=輻照強度×時間。

由此可見，規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個參數中選定任意2個參數才能對老化指標進行充分約束規定。

同樣做人工氣候加速老化試驗，甚至是用同一臺老化儀器，怎么會出現不同的輻照強度呢？這一點不難解釋，主要是由選用的監控點不同造成的。理論上，輻照強度可以在氙燈光譜的任意位置進行監控，但通常選用的僅是為數不多的幾個波段，一般常在被測材料的敏感光譜區進行輻照強度選控。另外，輻照強度監控點還因行業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一般用于材料室內光穩定性測試，模擬透過窗玻璃的太陽光譜，通常用于室內產品的老化測試。

因此，討論材料的耐老化指標不能僅考慮輻照能量的數值大小，而要在權衡綜合輻照能量、輻照強度及照射時間3個參數及光譜波長范圍等的基礎上做出評判。