1、氙灯老化箱和紫外老化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。 对许多制造商而言，产品的耐老化和耐光性是极其重要的。加速检测老化和光稳定性的设备被广泛用于研究开发、质量、控制和材料检定，这些检测设备提供快速并且可重复的测试结果。近年来，低价位且使用方便的实验室检测设备已经开发出来，包括 QUV 紫外加速老化设备(符合 ASTM G 154）Q-Sun 氙灯试验箱(符合 ASTM G155)。测试抗老化和光稳定性
2、的最佳方法经常引起争论。几年来，各种各样的方法都被应用过，现在大部分研究者使用自然曝露方法,Q-Sun 氙弧灯或 QUV 加速老化试验设备。自然曝露测试方法有很多优点，实际、便宜、易于操作，然而大部分制造商不愿意等上几年的时间来观察一种新的改良的产品设计是否真的得到改进。Q-Sun 氙弧灯试验箱和 QUV 紫外加速老化试验箱是应用最广泛的加速老化检测设备，这两种检测设备的测试原理完全不同。Q-Sun 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（如图 1 所示）。Q-Sun 被用来测试许
3、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。QUV 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 300400 nm 是引起老化损害的最主要原因（如图 1 所示）。从中可以看出，在紫外线的短波区域，即从 365 nm 到太阳光的最低波段，QUV 能很好地模拟太阳光，然而，对于长一点的波长它将无能为力。测试的最佳方法依赖于测试需要，每种方法都可能非常有效。应该根据被测产品或材料、最终的应用条件、所考虑的降解模式和预算来选择合适的检测设备。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，
4、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
5、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。QUV 和
6、 Q-Sun 以各自不同的方式来模拟光照、高温和潮湿。2 QUV 老化试验设备2.1 阳光模拟QUV 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（如图 2 所示）。UV-B 型灯管（如图 3 所示）在 QUV 中也被广泛应用。它们比 UV-A 型灯管引起更快的材料老化，但它比太阳光截止点更短的波长量可能会对许多材
7、料产生不切实际的结果。图 2 所示的 UVA-340 灯管在已有灯管中对太阳光紫外短波段的模拟效果是最佳的。图 3 UV-B 类型的灯管利用紫外线的短波段达到最快速老化的目的，对特别经久耐用材料的检定或质量控制非常有用。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 QUV 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 QUV 能模拟在室外几个月甚至几年所造成的损害。在 Q
8、UV 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 QUV 进行测试的一个主要的优点。图 4 所示为在 QUV 中使用过 2h 的灯管和使用过 5 600 h 的灯管辐照度控制之间的比较，可以看出，新灯管和长时间使用过的灯管光谱之间的差别几乎难以辨别。这是因为，一方面日光眼照度控制器用来维持光强，另外，因为紫外灯固有的光谱稳定性，光谱能量分布几乎保持不变。已取得专利的太阳眼控制系统易于校准，符合 ISO 标准可追溯的要求。2.3 潮湿模拟测
9、试室底部的水槽被用来加热产生蒸汽，在较高的温度下，热蒸汽使测试室内保持 100%的相对湿度。在 QUV 中，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（如图 5 所示）。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QUV 的安装和操作。因为材料在室外经受潮湿侵蚀的时间很长，所以 QUV 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
10、大加速了潮湿侵蚀。用 QUV 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 Q-Sun ft 灯试验箱3.1 太阳光模拟氛弧灯试验箱可最好地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
11、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
12、系统，Q_Sun 使用的日光眼系统如图9 所示。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。图 10 展示了一只新灯和一只已使用过 1000 h 的灯光谱之间的差异。很显然，除控制点光强不变，在长波段，光谱随时间发生严重的变化。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
13、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。因为湿度会影响某些室内使用物品（比如纺织品或油墨）发生老化的类型和速度，在许多测试标准中都建议控制相对湿度。Q-Sun 氙灯试验箱可选配相对湿度控制。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
14、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，QUV 比 Q-Sun 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。一个 QUV/se 和一个Q-Sun Xe-1 在购买时价格相当，但它们的容积相差很大 QUV 大约是 Q_Sun Xe-1容积的 5 倍。QUV 的容积比 Q-Sun Xe-3 的也大,Q-Sun Xe-3 仅提供 QUV 容积的72%。4.3 三维测试样品Q-Sun 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。QUV 可安装相对较薄的平板或样品。44 易于使用和维护QUV 和 Q-Sun 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。利用
