如何正確選擇實驗室加速耐候老化試驗箱儀器設備

如何正確選擇實驗室加速耐候老化試驗箱儀器設備？

雖然應用由于像熱，濕度和機械改變會加速老化并影響材料最終性能的改變，但對暴露在戶外的材料使用壽命的限制主要是太陽光的紫外輻射，所以我從實驗室老化試驗中使用的各種光源開始我的討論。

一、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 （American Association of Textile Chemists and Colorists）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（ metal gas check plate）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，在這一段聚合物有最大吸收靈敏度。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。

二、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，最早始于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。

三、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。Atlas公司一般不考慮使用這種光源。我們認為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。

四、氙弧燈
最新的，也是最好的光源是氙弧燈，它在50年代首次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。下面我們只限于討論Atlas產品采用的水冷系統。

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。