随着合成材料的广泛应用，合成材料环境可靠性试验日显重要。合成材料在大气环境的暴露试验虽然最为直观、可靠，但由于需要较长时间。难以满足材料或产品开发应用的需要。自然气候复杂多变，不仅随季度变化，还随地理位置而变化。研制人工老化实验箱的目的是既可以模拟户外环境的主要影响因素．又可以取得显著加速的试验效果，因试验条件可以固定，故试验结果重复性好。采用实验室加速老化试验的宗旨是材料在不违反自然老化规律的前提下，尽量将影响材料老化的主要因素，如光能量、温湿度等控制在严酷的状态。
国内外实验室老化实验设备通常按照光源分类：碳弧灯、氙孤灯、荧光紫外灯以及金属卤化物光源。各种光源都有自己的优点及缺点，下面重点讨论国内外常用几种光源的特点、与自然太阳光谮的相似性及加速性。

一、碳弧灯光源设备
可分为封闭式碳弧灯(紫外型)和开放式碳弧灯(阳光型)。封闭式碳弧灯最初被德国合成染料化学家用来评估印染纺织品的耐光度。1918年，美国从TcC(Am耐c叽AgB0ciation 0f Te州le Ch唧ist宴and Color_is协)应用该光源试验纺织品色牢度。至今许多标准仍要求使用。
美国A11．AS封闭式碳弧灯源于日光碳弧舞台灯。发现当时演员所穿的某些纺织品布料和衣饰会逐渐褪色w。
封闭式碳弧灯分单弧和双弧两种；电弧封闭在玻璃罩中，该玻璃罩材料为硼硅玻璃。封闭式碳弧灯的光谱分布与自然太阳光相差较大，既没有350nm以下的近紫外辐射．400—800nm波段的光强度，也比自然阳光弱。所以封闭式碳弧灯老化试验的模拟性很差”1。开放式碳弧灯于1930年问世。一般有三对或四队碳棒，不受空气流动的影响。电弧在碳棒之间调整，用八块玻璃滤片环绕碳弧灯”o。60年代阳光型碳弧灯使用加有铈盐的色碳棒，上夹4支中12．7mm×304．8mm的长碳棒，下夹装4支同样直径的短碳棒，约24小时换一次碳棒。80年代改进用60小时更换一次的涂铜碳棒，上夹具装中丝2∞×3041 8m，下夹具装巾12 7m×3帆8m4对。90年代改进用78小时更换一次的涂铜碳棒．上夹具装∞6．2mm×304．8fm．下夹具装西n2m×304．8rm 4对。点燃后按顺序起弧燃烧。由碳棒的上、下距离，控制弧电流和电压”J。开放式碳弧灯，即阳光型碳弧灯改善了原紫外型碳弧灯发射的光谱能量过于集中于360nm和380nm两个峰值的状况．同时也增加了350m以下的紫外光能量及可见和红外光的能量，因此光谱能量比较接近于太阳光谱”J。由于紫外能谱较强，所以阳光型碳弧灯的模拟性不错，加速倍率也较大。只是更换碳棒和清洗及更换滤光片的操作比较麻烦，碳棒和滤光片的消耗数量比较大。所以运转成本很高。90年代后．多数单位采用氙灯取代了阳光碳弧灯。
由于材料使用碳弧灯的老化结果与户外太阳的试验结果具有模拟性与加速性。所以标准规范中还要求使用。描述碳弧灯设备的性能主要文献有：Is04892一塑料一实验室光源的方法一第四部分：开放式碳弧灯；ASTM G152-使用开放式碳弧灯光源照射非金属材料的操作方法；As，rM G153．使用封闭式碳弧灯光源照射非金属材料的操作方法。国内外生产碳弧灯的主要厂家：美国AⅡAs公司和日本suGA公司。

二、氙弧灯光源设备
氙弧灯的工作原理是利用高压、超高压惰性气体(氙气)放电制造成的高效率光源，可分为长弧氙灯与短弧氙灯，冷却方式有水冷与风冷。实验室老化试验设备所使用的氙灯一般为长弧氙灯，冷却方式有水冷与风冷。1954年氙灯在前西德问世以来就引起人们重视，1958年，在瑞士召开的国际标准化组织会议上，宣布以氙灯为染色坚牢度试验箱的光源：1961年在英国召开的IsO会议上，推荐氙灯代替碳弧灯作为耐光性试验光源。西欧国家是积极推荐氙弧灯代替碳弧灯的，且在欧美以氙灯为人工加速气候老化试验得到了广泛的应用”1。目前美国、日本及我院也都研制生产出各种类型的氙灯气候试验箱。氙弧灯的紫外光谱和可见光谱与太阳光谱极相似，但在近红外区800—1000nm却特别强，所以发热比较利害，容易使试样过热，所以必须用冷却装置将其热量带走，却的类型对设备的总体设计和光学过滤系统都有影响。水冷氙灯，冷却水在圆柱型的内外层过滤器问通过．除了冷却功能外，可以吸收波长1200nIn以上的红外能量，减少了氙灯中过多的红外线能量。这样可以保证样品与试验箱温度的稳定性。实践表明．水冷方式比空冷方式效果明显好”-。
氙灯耐候试验箱由耐腐蚀材料制成，内部组成有：
(1)辐射源和滤光系统：选用氙弧灯作辐射光源，经滤光系统过滤后相对光谱与太阳光谱极相似。
(2)试验箱温度、湿度控制系统：分箱体内空气温度与样品表面温度(黑板温度、黑标准温度)监控体系与湿度传感器监控体系哺】。
(3)喷淋装置：是模拟降雨和户外环境的凝露作用的装置，喷淋分样品表面与背面喷淋。水质要求符合蒸馏水或软化水要求(国家实验用水二级用水要求)。水管与喷嘴一般由防腐材料不锈钢制造。
(4)试验架：由惰性材料制成．分可环绕辐射源旋转与平放在辐射源下面两种‘”。
(5)光能量测定和光能量自动控制装置：采用具有球面和良好余弦响应曲线的光电接收器和辐射量测定。自动控制窄波长在340m与420nm；宽波长为300一400m范围。例如：美国ATALS、我院研制的氙灯气候试验箱光能量控制系统通过石英光棒将光信号传到测试室外的检测盒，在检测盒里有监控窄波长为340nm与420nm、宽波长为300—400，un的光电检测器，将其转变成电信号，信号传送到检测电路与设定值比较，如果信号小于设定值，功率调整器接收控制信号增加氙灯功率，使辐射达到设定点；如果辐射高于要求水平，系统将自动减少功率，使辐射到达要求点…。描述使用氤弧灯光源的设备性能的主要文献有：Is04892一塑料-实验室光源的方法一第二部分：氙弧灯、IS01134l、SAE-1960。国内外生产氙弧灯老化试验箱的主要厂家：美国A1IAs公司，美国Q-PANEL公司，日本suGA公司；中国广州合成材料研究院。我国主要产品技术水平基本是在我院早期与广西仪器试验中心研发产品的技术水平上改进的。2003年我院承担广东省科技攻关项目：氙弧灯人工气候老化试验箱研发．2005年初成功完成，并顺利通过专家鉴定。下面将我院研发的氙弧灯人工气候试验箱LHs—xⅡ_65与国内外箱的技术参数进行比较。

三、荧光紫外线光源设备
光紫外灯是由波长为254nm的低压汞灯加入荧光物质(例如磷的共存物)而成，低压汞弧激发荧光物质发光使发射出来的光在较窄的波长区问产生连续光谱。一般出现一个波峰。荧光紫外的能量分布取决于荧光物质的发射光谱和玻璃紫外透过性“1。荧光紫外灯在400nJn以下紫外光谱发射能量至少占其总光能量输出80％。按照波长的范围可分为：uV-A；UV-B；UV．C”】。uV—A灯辐射波长主要集中在340nm一370nm之间(uVA-340和uVA一351)，uvA-340始于1987年，其波长与太阳光325nm以下很相似；uvA-35l的波谱分布与透过窗玻璃的太阳光相似。uV-B灯的峰值在313nm左右，其能量几乎全部集中在280m到360m之间。因此其波谱范围
比太阳光短，而在360nm以上几乎没有能量。在使用uV·B进行人工加速老化试验时，所得到的被测试材料的结果常与户外自然大气试验的结果差异较大。主要原因是这种光源的能谱偏于短波紫外线能量比例很大，且缺少长波紫外和可见光、红外光。
除了上述的两种灯外还有波长范围<280nm的UV—c灯，这种灯更少使用。
试验箱结构：试验箱由耐腐蚀的金属材料制成，包含8支紫外光管、试验槽、试验架、温度和时问控制系统”’。试验槽：箱体底部设有一个用于加热的蓄水池，雾汽均匀地上升到样品曝露区，使得样品更加模拟户外的湿度和光辐射。试验架：一般采用环状胶合的托架结构，材料耋詈}属’稳固地放置样品'方便地安装、卸去 样品。 4金属卤化物光源 叶 立，丙四’J屯1列JL垌。光管的安装成四支一排，分两排安装，每排灯管平行安装，灯的中心距离为70mm，试样到光管的距离为50mm±5姗【IJ。试验箱一般的自动控制功能：
(1)程序循环控制：自动控制荧光光照、黑暗凝露；
(2)荧光光照、黑暗凝露的时间、温度的显示设定；
(3)试验时间的显示设定；
(4)故障报警功能。国内外生产的厂家：美国AⅡAs公司的UV2000、美国Q-PANEL公司、我国广州合成材料研究院生产的UV8—40型等．下面介绍技术参数对比。

四、金属卤化物光源
早期的实验室老化试验常采用汞弧灯为光源，试验时有可控制温度、湿度及降雨的装置，也有只提供汞弧辐照的简单试验装置．但后者应视为“退色计”，属单纯“耐光性”试验范畴，与耐候性试验有别。
汞弧灯有多种类型。较多采用的是一种高压水银灯，其紫外线辐射能量极强，约占其总能量的50％，因而对材料的光老化加速作用极明显。存在的缺点是辐射能量主要集中在5—6条水银的特征谱线上，属带状光谱，而非如太阳的连续光谱，且在290nm以下的短波紫外区有一定的辐射强度，这种光源尽管有加速老化倍率高的优点，却因模拟太阳光的性能很差而极大地限制了它的推广使用‘“。现在。国际上已很少单独使用汞弧灯作为实验室人工老化的光源，但可以采用与其它灯组合的光源。如有适当滤光器的汞弧／钨丝灯组合光源，使其对太阳光的光源模拟性大大改善，这种并用光源的试验装置曾有商品牌号为Microcal的产品问世。高压汞弧灯的光效高．生产历史悠久，使用也较方便。因而欧、美、日许多国家都采用过。我国也早有生产使用。
高压汞弧灯一般有球形、管型和U型三种，其功率大小也有不同。
汽车制造商和其供应商常采用这门技术进行试验，如实验室测试大型汽车部件的老化性能，像仪表板、车门装置和保险杠系统等，以多组件复合系统的老化为主，对热负载研究也广泛的应用”’。主要应用于某些欧洲测试方法中(DlN75 220)，汽车部件在日光模拟光照系统中的老化)，并符合相应的军用测试要求(MIL·sTD810)。例如．ASlM D
95～57T中推荐采用了s—l球型汞弧灯作为老化光源…。

五、结束语
实验室人工加速老化试验与自然暴露条件永远也无法完全一致。由于自然气候条件变化千差万别，所以实验室设备主要用于可控的、重复性的、可重现的和技术允许的条件。虽然对许多材料来说，很多测试方法的结果与自然户外老化结果非常相近，但是仍然无法等同。它们的主要作用是为材料比较提供一种一致的基础，现在人们采用这些试验方法所得到的结果在特定的试验条件下可以用来评价材料的老化性能。

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