人工加速老化试验的基础知识

为摆脱自然老化试验考察周期漫长的制约，通常采用人工加速老化试验来模拟并强化自然户外气候对试件的破坏作用，通过考察材料在模拟现实情况的光、热、氧、臭氧等因素条件下的老化情况来实现快速评价材料老化性能的目的，从而提升产品质量尤其是提高其耐候性，较大限度避免由老化所造成的损失。

另外，现在越来越多的企业出于成本控制的考量，希望在承诺的产品使用寿命内，尽量降低材料的使用成本，所以人工加速老化试验还有一个很重要的目的是“防止过设计”。

人工加速老化方法

人工加速老化作为自然老化试验的重要补充，已广泛运用于高分子材料的研究、开发和检测。人工加速老化大致有碳弧灯模拟加速老化、荧光紫外加速老化、氙弧灯加速老化三大类。

◆碳弧灯模拟加速老化试验箱是最早出现的，因为维修费用高、不能校正、模拟光谱范围狭窄等缺点，现在已很少使用。

◆研究表明，太阳光中的紫外光，尤其是360 nm以下的波段能量是造成材料老化的主要因素，利用这一原理在20 世纪 70 年代开发了紫外老化试验箱，主要有以UVA-340灯管作为测试光源的紫外老化试验箱。该灯管的光源在360 nm以下和太阳光的紫外波段吻合度很高，特别适用于户外产品的紫外耐候测试。

◆氙弧灯可以最真实地再现全光谱太阳光，包括紫外线、可见光和红外线。采用合适的滤光技术后的氙弧灯设备是模拟产品在直接阳光照射以及透过玻璃的长波紫外线或可见光照射环境下的较优方式，不但可以模拟室内材料的耐光性能（通过窗玻璃过滤器过滤后），同时还可以模拟户外气候环境（水喷淋达到降温和淋雨效果）。

但该方法也有局限性，即氙弧灯光源稳定性及由此带来的试验系统的复杂性。氙弧灯光源必须经过过滤以减少不期望的辐射，为达到不同的辐照度分布可选择不同类型的玻璃过滤器。氙弧灯经常使用的过滤器有 3种类型：日光过滤器、窗玻璃过滤器和紫外加强滤过器，各自的光谱分布如下。

辐照能量与辐照强度

所谓辐照强度即被测材料单位面积上的紫外线辐射功率，常以W/m2表示，或当波长为一选定值时（如340 nm）则以W/（m2·nm）表示。

所谓辐照能量就是在一定时间内被测材料单位面积上所受的总辐照能量，常以MJ/m2表示，或当波长为一选定值时（如340 nm）则以MJ/（m2·nm）表示。通过单位的量纲关系不难看出，辐照能量是以一定的辐照强度照射一定时间的累积，其数学计算公式为：辐照能量=辐照强度×时间。

由此可见，规定材料的人工加速老化指标，在辐照能量、辐照强度及照射时间3个参数中选定任意2个参数才能对老化指标进行充分约束规定。

同样做人工气候加速老化试验，甚至是用同一台老化仪器，怎么会出现不同的辐照强度呢？这一点不难解释，主要是由选用的监控点不同造成的。理论上，辐照强度可以在氙灯光谱的任意位置进行监控，但通常选用的仅是为数不多的几个波段，一般常在被测材料的敏感光谱区进行辐照强度选控。另外，辐照强度监控点还因行业或应用途径范畴不同而有较大差异。

◆大量研究表明，波长340 nm处的短波紫外线对户外外露使用产品最（zui）具破坏性，因此该控制点广泛应用于户外涂料、塑料、屋面材料的人工加速老化测试中。

◆420 nm处长波紫外线和可见光区一般用于材料室内光稳定性测试，模拟透过窗玻璃的太阳光谱，通常用于室内产品的老化测试。

因此，讨论材料的耐老化指标不能仅考虑辐照能量的数值大小，而要在权衡综合辐照能量、辐照强度及照射时间3个参数及光谱波长范围等的基础上做出评判。