氙灯老化试验箱和紫外光老化试验箱的比较与说明

很多用户的产品有光老化测试需求，在选择用何种光老化设备的时候有很多疑问？这里我们就两种常见的光老化设备来进行说明，希望对大家的选择有帮助。下面我们来讲下氙灯老化试验箱和紫外光老化试验箱的比较：

气候和阳光辐照是损害涂料、塑料、油墨及其他高分子材料的主要原因，这种损害包括失光、褪色、黄变、开裂、脱皮、脆化、强度降低及分层。即使是室内的光及通过玻璃窗透射的太阳光也都会使一些材料老化，比如引起颜料、染料等褪色或变色。   

    氙弧灯试验箱和QUV紫外加速老化试验箱是应用广泛的加速老化检测设备，这两种检测设备的测试原理不同。氙灯试验箱模拟太阳光的所有光谱，包括紫外线（UV）、可见光和红外线（IR），氙灯光谱在295 nm到800 nm范围内基本上与太阳光的光谱相吻合。被用来测试许多产品，这些产品对紫外线的长波段、可见光及红外线较敏感。

   紫外灯不能模拟全光谱太阳光。它的原理是，对于曝露在室外的经久耐用的材料，紫外线的短波段300~400 nm是引起老化损害的最主要原因。

    1 老化的3要素

    光照、高温和潮湿，这3个因素中的任何一个都会引起材料的老化损害，但它们往往同时发生作用，所造成的危害将大于其中任一因素的单独作用。

    1.1光照

    不同材料对光的敏感性不同。对于经久耐用的材料，如大多数涂料、塑料，紫外线的短波段是引起大部分聚合物老化的原因。然而，对于不是那么经久耐用的材料，比如一些颜料和染料，紫外线的长波段甚至可见光也会使其产生严重的老化。

    1.2高温

    当温度升高时，光的破坏作用也将随之增大。尽管温度不影响主要的光致反应，但却影响次要的化学反应。实验室老化测试必须提供精确的温度控制，通常还通过升温的方法来加速老化过程。

    1.3潮湿

    露水、雨水及高湿度是引起潮湿危害的主要原因。研究表明，放在室外的物品每天都将长时间（平均每天8-12 h处于潮湿状态。研究发现，由潮气形成的露水是室外潮湿的主要因素，露水造成的危害比雨水更大，因为它附着在材料上的时间更长，引起更为严重的潮湿吸收。当然，雨水对材料的危害也很大，雨水将引起热冲击。比如一辆在炎热夏日里温度升高的汽车突然因阵雨而急剧降温，就会产生冲击现象。雨水冲刷引起的机械侵蚀也会加速材料发生老化，如木材涂层因雨水冲洗去除了表面老化层，将未老化的里层暴露于太阳光下，从而产生进一步老化。

对于室内材料，湿气的主要作用往往是机械应力，它因材料试图与周围保持潮湿平衡而引起，材料所经受的湿气越大，需要克服的应力也越大。湿气环境还是室外材料发生老化的一个重要因素，在室外，周围相对湿度（RH）将影响一种潮湿材料的干燥速度。

  紫外与氙灯以各自不同的方式来模拟光照、高温和潮湿。

2 紫外老化试验设备

    2.1阳光模拟

     紫外光老化试验箱利用荧光紫外线灯模拟太阳光来对一耐久性材料造成损害。紫外灯在电学原理上与普通照明用的灯很相似，但它主要发射紫外光而非可见光或红外线。

    不同的应用条件需要的不同光谱，进而需要一不同类型的灯管。UVA-340灯管对太阳光的紫外短波段模拟效果好，其光谱能量分布（SPD）在太阳光的截止点到大约360 nm范围内与太阳光谱吻合得非常好

2.2辐照度控制

 为了获得精确且可重复的测试结果，控制辐照度（光强）很有必要。大多数型号的紫外光老化试验箱都装备有日光眼光强控制器，这种精确的光控系统为使用者选择辐照度提供了方便。利用日光眼的反馈循环系统，可以连续、自动地控制且精确地保持辐照度，日光眼靠调整灯的功率来自动补偿因灯管老化和其他因素造成的光强变化。在仅仅几天或几周内紫外能模拟在室外几个月甚至几年所造成的损害。

在紫外内部，因荧光紫外线灯固有的光谱稳定性，发光控制系统相对简单。随着灯管的老化，所有光源的输出都会发生衰减，然而，不像大多数其它类型的灯管，紫外灯的光谱不会随时间变化，这也提高了测试结果的重复性，也是使用紫外进行测试的一个主要的优点。

    2.3潮湿模拟

  测试样品实际上形成测试室的侧壁，样品的另一面暴露在室内周围的空气中。室内相对较冷的空气使得测试样品的表面比测试室内热蒸汽的温度低好几度，这一温度差产生冷凝循环现象，在样品表面液态形式的水慢慢地凝结。所形成的冷凝物是非常稳定、纯度很高的蒸馏水，这种高纯的蒸馏水增加了测试结果的可重复性，也简化了安装和操作。

因为材料在室外经受潮湿侵蚀的时间很长，所以紫外要达到相同的效果，它的冷凝循环过程至少需要4h。另外，冷凝过程是在一较高温度（一般为50℃）下进行的，这大大加速了潮湿侵蚀。用紫外的长时间的热凝结循环过程来模拟户外的潮湿侵蚀比其他一些方法，如溅水、浸水或高湿度都更有效。除了标准的冷凝功能QUV还可用水喷淋来模拟雨水影响，比如热冲击或机械侵蚀。使用者可操作QUV来产生潮湿循环并伴随紫外线，这一模拟与自然老化非常相似。

 3 氙灯老化试验箱

    3.1太阳光模拟

氙弧灯试验箱可模拟太阳光的所有光谱，可产生紫外线、可见光和红外线。氙弧光灯光谱有两个影响因素：滤光系统和光源稳定性。

    氙弧光灯产生的光谱必须经过过滤来减少不需要的光谱成分，使用不同类型的玻璃滤光器可得到不同的光谱。滤光器的使用取决于被测材料和材料的最终使用条件，不同过滤器过滤的光谱中紫外线短波段的量不同，这将在很大程度上影响老化的速度和类型。经常使用的滤光器有3种类型：日光、窗玻璃、紫外延伸过滤器。图6~图8展示了这些滤光器产生的光谱，同时也展示了295-400 nm之间紫外线短波段的一些光谱的放大图。

    日光过滤器通常被用来模拟户外暴露。被设计用来测试室内光稳定性，这种过滤器产生的一种光谱与透过玻璃的太阳光光谱非常相似。

    某些测试标准要求一种光谱包含短波紫外线，比太阳短波截止点（295 nm）还短的波长,Q/B过滤器提供这种光谱。尽管这种过滤器提供不切实际的紫外线短波段，但它们往往提供更快的测试结果。

    3.2辐照度控制

    氙弧灯试验箱一般装备有辐照度控制系统。

在氙弧灯测试系统内，辐照度控制非常重要，因为氙弧灯本身的光谱稳定性不如荧光紫外灯的好。

    因灯管老化而产生光谱漂移是氙弧灯固有的特性，然而，有些方法可用来补偿这一变化。例如，为了减小灯老化的影响，可以定期更换灯管。同时，控制340 nm或420 nm处的照度，那么在一个特定区域，光谱的变化量将减到最小。尽管因灯管老化会引起光谱漂移，氙弧灯在抗老化和光稳定性测试中已被证明是一种切合实际的光源。

    3.3潮湿模拟

    大多数氛弧光灯检测设备通过水喷淋或湿度控制系统来模拟潮湿的影响。水喷淋的局限性是，当温度较低的水喷淋到温度较高的被测样品上，样品的温度也将随之降低，这就可能减慢了老化的速度，然而，水喷淋可以很好地模拟热冲击和机械侵蚀。在测试系统中，为了防止水对样品的污染，使用高纯度的水是非常必要的。

4 实际需要考虑的事项

当然，一种测试装置不管如何有效，如果购买价格和运行成本太高的话，那它也没有实际应用价值。这就是为什么购买价格、运行成本、维护费用是一些不容忽视的重要因素的原因，在考虑一种检测设备的优点时也应考虑到这些因素的影响。

    4.1购买价格

    一般地，紫外比氙灯便宜，具体情况取决于您所购买的产品类型和型号。

    由图10可见，使用1000 h后，氙弧光灯的光谱输出发生变化，但是控制器在控制点维持光谱稳定性方面做得非常好。

    4.2测试室大小

    当评估一个试验箱的价格时，应该考虑到它的容积。氙灯比紫外的测试容积要大。

    4.3三维测试样品

     氙灯可测试样品的类型比较灵活，除了可测试平面试样外，还可测试三维部件、试管及玻璃皿。紫外可安装相对较薄的平板或样品。

    4．易于使用和维护

    氙灯和紫外的使用和维护都很方便，这两种试验设备可以全自动一天24 h连续工作，一周7d连续工作，定时器可使测试在任何特定的时间停止。自动校正系统和辐照度校正仪来进行校准也很简单，当仪器光强稳定时按卞按钮，校准即完成，在此过程中，测试样品和光源均处于待工作状态。

    5 技术总结

    到底选择哪种测试老化及光稳定性的设备（尤其是初次选择时），可参照试验标准，或者联系专业的技术人员，会给您正确的推荐。