太阳光模拟试验是一种常用的光老化试验方法，能够模拟太阳光对材料的长期暴露，以评估材料的耐候性能。金属卤素灯是太阳光模拟试验中常用的光源之一，其具有光谱分布广、辐射强度高、寿命长等优点。本文将介绍金属卤素灯光老化试验的方法和标准。
一、产品性能分析
在进行太阳光模拟试验之前，我们首先需要对待测产品的性能进行分析。这包括产品的用途、材料的组成、表面处理等方面的信息。通过对产品性能的分析，可以确定试验条件和评估指标，从而更好地进行光老化试验。
1. 产品用途
了解产品的用途可以帮助我们判断其在实际使用中可能会受到的光照条件。不同的用途对光老化的要求不同，因此在进行光老化试验时需要考虑产品所处的环境。
2. 材料组成
产品的材料组成对其耐候性能有重要影响。不同材料对光照的响应不同，有些材料可能会出现变色、劣化等现象。因此，了解产品的材料组成可以帮助我们选择合适的光老化试验方法。
3. 表面处理
产品的表面处理方式也会对其光老化性能产生影响。例如，某些表面处理方法可以增强材料的抗紫外线能力，延缓其衰老过程。因此，需要了解产品的表面处理方式，以确定适合的光老化试验条件。
二、检测项目
金属卤素灯光老化试验一般涉及以下几个检测项目
颜色变化通过比较试验前后产品的颜色差异，评估产品的色差。
表面粗糙度检测产品表面粗糙度的变化，评估产品的表面质量。
拉伸强度测定试验前后产品的拉伸强度，评估产品的机械性能变化。
化学成分分析试验前后产品的化学成分，检测材料的化学稳定性。
微观结构通过显微镜观察试验前后产品的微观结构变化，评估材料的内部损伤情况。
三、试验方法
金属卤素灯光老化试验方法主要包括以下几个步骤
确定试验条件根据产品性能分析的结果，确定合适的试验温度、湿度和辐照强度等参数。
样品制备按照相应标准切割和制备试样，确保试样尺寸符合要求。
试验设备调试调试金属卤素灯的辐射强度、辐射平均度等参数，保证试验的准确性。
样品安装将试样固定在试验设备上，并确保光源均匀照射到试样表面。
试验时间控制根据产品所需的寿命要求，确定试验的时间长度。
试验过程监控定期检查试验设备的工作状态，并记录试验过程中的温度、湿度、辐照强度等参数。
试样评估试验结束后，对试样进行颜色测量、表面粗糙度测试、拉伸强度测试等评估项目。
四、 光照老化试验简介
箱体温度:老化试验箱内空气的温度;
黑板温度( Black panel temperature, BPT ) :箱体内黑板温度计表面的温度，是光照老化试验的一个重要 参数，用于模拟样品表面温度;黑标温度(Black standard temperature,BST) : 其功能与BPT类似，但比BPT高约10% ;
辐照功率:样品表面单位面积接收到的辐照强度，单位为W/m2@nm ;辐照功率可以用某一点的辐照强度表示 ,也可以用某一波段的辐照强度表示,如一个夏天中午太阳光照强度约为0.55W/m2@340nm.1.12W/m2@420nm. 575 W/m2@300~ 800nm。
辐照量:在-段时间内样品表面单位面积累计接受到的辐照能量，辐照量=辐照功率*辐照时间。
五、光照老化原理
在光照条件下，高分子材料里的不饱和双键( C=C)、苯环、支链等不稳定结构吸收高能量的紫外光后,会发生一系列复杂的化学反应,导致材料出现变色、龟裂、失光、物理性能降低等现象。
常见高聚合物敏感波长如下:
高聚合物 | 敏感波长 |
聚碳酸酯（PC） | 285~305,330~360 |
聚乙烯（PE） | 300 |
聚氯乙烯(PVC) | 320 |
聚苯乙烯(PS) | 318.5 |
聚丙烯(PP) | 300 |
聚甲醛(POM) | 300~320 |
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) | 290~315 |
可以看出，所有高聚合物的敏感波长均在400nm以下,所以一般认为对材料老化起主要作用的是紫外波段，而可见光和红外光主要起到热效应。对于UV老化，由于其能量以索外线为主,不具有热效应，所以其黑板温度和箱体温度接近。
六、四种老化试验方法对比
氙弧灯 | 荧光紫外灯 | 碳弧灯 | 金属卤素灯 | |
光源 | 氙弧灯管
| UV灯管: UVA、UVB
| 碳弧灯:紫外型和阳光型 | 金属卤素灯 |
光谱范围 | 可见波段 ( 300^ 800nm) |
紫外波段 ( 280~ 400nm)
|
可见波段 ( 300' ~700nm )
| 可见+近红外波段 ( 300 ^2450nm) |
常见标准 | GB/T 16422. 2-2014 | GB/T 16422.3-2014 GB/T 23987-2009 ASTM G154-2012 |
GB/T16422.4-2014 ISO 4892. 4-2013 JIS D0205-1987 |
GB/T2423.24-2013 IEC60068-2-5:2010 |
典型试验条件 | 1.0.55W@340nm, BPT89℃, 50％RH,持续光照 | 1. UVA-340, . 0.76W@340nm; 8h光照(BPT: 60℃) , 4h冷凝(BPT: 50℃) (GB/T16422.3)
2. UVA-340, 0.89W@340nm; 8h光照(BPT: 60℃) , 4h冷凝(BPT: 50℃) ( ASTMG154) .
| 1. 阳光型:255W@300－700nm，BPT 63 or 83℃，湿度50%RH (JIS D0205 ) 2. 2. 紫外型: 500W@300－700nm, BPT 63 or83℃, 湿度50%RH (JIS D0205)
| 1.120W@300~ 2450nm. 8h光照16h黑暗；
2.1120W@300~ 24 50nm，20h光照4h黑暗
|
适用范围 | 汽车内外饰材料电子产品外壳材料塑料、纺织品、涂料等其 | 塑料、橡胶、纺织品、涂料等材料(汽车相关材料 一般不用) | 仅部分行业和产品及日系 汽车材料使用 | 电子产品外壳材料 |
其他分析 | 其光谱与太阳光吻合最好，目前广泛使用 | 仅能模拟紫外波段 | 与太阳光吻合不好且试验成本高，已逐步被淘汰 | 试验成本高，仅用于电子产品领域 |
七、光照试验标准
紫外试验标准 | 太阳光试验标准 | |
通用 | ISO 4892-1 ASTM G151 ASTM G154. JIS D 0205 SAE J2020 | ISO 4892-1 ASTM G151 ASTM G155
|
涂料 | ASTM D3794 ASTM D4587 NISSAN M0007 FED-STD-141B
| ISO 11341 ASTM D3451 ASTM D3794 ASTM D6695
|
粘合剂 | ASTM C24.35.31 ASTM C1442 ASTM D904 ASTM D5215
| ASTM C1442 |
塑料 | ISO 4892 ANSI C57.12.28 ANSI, A14.5 ASTM D4329 ASTM D4674 ASTM D5208 DIN 53 384
| ISO 4892-2 ASTM D2565 ASTM D4459 ASTM D4101 ASTM D5071 ASTM D1248 DIN 53 387
|
印刷油墨/画材 | ASTM D3424
| ISO 12040 ASTM D3424 ASTM D5010 ASTM D4303 |
纺织 | AATCC TM 186 ACFFA
| AATCC TM 16 AATCC TM 169 BIS: 2454
|
汽车 | SAE J2020
| SAE J2412 SAE J2527
|
