碳弧老化試驗箱及常見的光照老化試驗機介紹

本文從碳弧老化試驗箱出發，介紹了目前市場上存在的熒光紫外燈、碳弧燈、氙弧燈和碳弧燈幾種燈源的光照老化試驗機的應用特點。

碳弧老化試驗箱又稱碳弧老化試驗機，主要用于材料的光照老化測試實驗，由于長期暴露在戶外的材料常常因為太陽光的紫外輻射而減少使用壽命，對材料進行抗光照研究就顯得很有必要，我們在做這些研究時候，如何選擇一臺實驗室光照老化試驗箱就成了重中之重。碳弧老化試驗箱標準測試是世界范圍內*的試驗，其為ISO(國際標準化組織)，ASTM(美國材料與試驗協會)，JIS(日本工業標準)及其它標準規定。這些標準規定了光源的波譜分布及儀器的性能。本公司提供的耐候性測試儀器適用于這些標準。

這里我們對碳弧老化試驗箱與目前市場上存在的其他材料老化試驗箱光源進行對比分析。

1、熒光紫外燈

在理論上進短波能量是主要的。如果它的很少能量就能導致材料的老化。為什么不顯著增加這能量，達到快速試驗的效果呢?比較FS-40熒光燈的SPD和Florida太陽光的SPD，可以看出達到了增加紫外線能量的設計標準，不僅是UV能量水平增加，而且光譜范圍也增加到自然光中沒有的UV能量。這能量分布的急劇改變可以使許多產品加速損壞。由于熒光裝置中存在在地球表面測量時自然日光中沒有的輻射能量，熒光裝置可以引起非自然的破壞。另外熒光光源除了很窄的水銀光譜線外，沒有高于375nm的能量，這樣對較長波長的UV能量敏感的材料就可能不會使曝曬在自然日光下那樣變化。由于這些固有缺陷，不僅在光譜分布上，而且還有無法控制的其他因素，從而得出不規則的結果。所以它的主要用途是作為一個紫外篩選裝置，限于質量控制應用。

2、日光碳弧燈

日光碳弧燈與封閉碳弧燈一樣是星期老化試驗使用的光源，始于1933年。弧光在三隊碳棒中的一對產生，用八塊玻璃濾光片環繞弧燈，它主要用在涂料工業中，許多規范中規定使用此種光源。由于封閉碳弧燈的缺陷，日光碳弧燈碳棒的成份改變，使它的SPD較類似于日光方面有明顯的改進。但是與日光的SPD比較在350nm和50nm之間的很大差別仍可引起相關性差。

3、封閉式碳弧燈

這種燈已使用大約70年之久了，在1918年首先使用在紡織品曝曬牢度試驗，成為 AATCC的光源，現在許多舊的規范仍要求用它。封閉式碳弧燈由一隊碳棒組成，這碳棒密封在一金屬氣體檢塊板(metalgascheckplate)和硼硅玻璃球形成的氣密封套中，當電流在碳棒之間流過，產生弧光。由于碳電極的成份，決定它燃燒時產生的光的品質，對碳棒的任何改變將改變它們的光譜能量分布(SPD)，從而改變測試條件。封閉式碳弧燈的SPD顯示，它的主要能量集中在3個相當窄的波帶中。在低于345nm處還有相對小的能量可采用，在這一段聚合物有吸收靈敏度。但封閉碳弧燈的光譜功率分布與自然日光相差較大。碳弧燈既沒有自然日光中的短波紫外輻射，在400~800nm間也沒有日光的高強度能量。由于這種燈在光譜上與日光存在較大差異，要比較自然氣候老化和使用碳弧燈的實驗室老化相關性就困難了。

4、氙弧燈

的，也是光源是氙弧燈，它在50年代引入使用時為空氣冷卻系統，隨后在60年代使用水冷。這種光源對本世紀初形成加速老化的原始概念時期使用密封碳弧燈加速老化試驗裝置以很大沖擊。

無論是空氣冷卻還是水冷卻，氙燈都有相同的基本光譜能量分布(SPD)，冷卻的方式不同，則燈的源光玻璃裝置和結構不同。水冷氙燈系統由石英，燃燒管，內，外濾光裝置和不銹鋼裝配組件組成，不銹鋼部件使各部份裝配成一個系統。安裝后，將去離子水或蒸餾水泵入這系統冷卻燈管和吸收長波紅外能量。當用硼硅玻璃，內，外濾光時，氙燈系統最近似于自然日光，將外濾光玻璃該為鈉鈣玻璃，則接近經過玻璃窗過濾后的自然日光。

最初開發的2500W和6000W氙燈，由于隨著點燃時間的增加，有黑色沉積物在電極區形成，隨著繼續使用，沉積從電極區向燈管中心擴大，這些沉積物嚴重影響了燈的能量輸出，使燈的壽命縮短，當時，在額定輻射水平上使用的6000W氙燈，每 300~500小時就需要更換。Atlas立即開始了改進氙燈性能的研究。 1974年秋，在J.NORTON先生的指導下，研制出了6500W氙燈，這種新的氙燈工作在新的金屬件中，用這種新的金屬沒有了電極區，消除了黑色沉積的問題。當與Atlas的光監視系統一起使用時，6500W的氙燈使用壽命超過1500小時，一般可達2000小時。但工作在高強度輻射下的氙燈的使用壽命會受影響。

現在氙弧燈在塑料工業中：許多規范如AATCC，ASTM，ISO和政府的規范都將它列入為使用燈。紡織工業是傳統使用碳弧燈的用戶，現在也改變他們的規范使用氙燈。AATCC不僅規定了使用氙燈，而且規定了使用的輻射水平，以及輻射曝露劑量(每平方米多少焦耳)以便產生一個期望的顏色變化。使用碳弧燈的另一傳統工業是汽車工業，最近國際工業纖維協會IFAI強調氙弧燈方法已發展作為汽車內部裝備，裝飾產品的老化試驗方法。 事實上，在Ci35和Ci65氙燈老化儀中試驗，證明許多產品與曝露在Florida試驗基地的自然老化試驗結果相關性高達98%。

實驗室光照老化試驗箱必須具有重復性，可控制性、穩定性。自然氣候現象是很復雜的過程，這要求我們的實驗室光照老化試驗箱應當有能力控制像水份，溫度，亮/暗周期這樣的條件。并且最重要的是它應當提供一個光源，這光源能模擬樣品在最終使用條件下曝露所獲得的輻射能量。使儀器能更進一步重復暴露的條件，進行對比。同時我們選一個加速老化儀時，應該根據您所要評價的產品的知識來對應選擇。