氙燈紫外耐氣候老化試驗箱使用不同光源的闡述

    雖然應(yīng)用由于像熱，  濕度和機械改變會加速老化并影響材料終性能的改變，但對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(xiàn)在許多舊的規(guī)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(dāng)電流在碳棒之間流過，產(chǎn)生弧光。由于碳電極的成份，決定它燃燒時產(chǎn)生的光的品質(zhì)，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(dāng)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(guān)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，早始于1933年。弧光在三隊碳棒中的一對產(chǎn)生，用八塊玻璃濾光片環(huán)繞弧燈，它主要用在涂料工業(yè)中，許多規(guī)范中規(guī)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(guān)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(dǎo)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，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(chǎn)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(guī)則的結(jié)果。ASLI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(zhì)量控制應(yīng)用。 

四．氙弧燈

新的，也是好的光源是氙弧燈，它在50年代次引入使用時為空氣冷卻系統(tǒng)，隨后在60年代使用水冷。這種光源對本世紀(jì)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(jié)構(gòu)不同。下面我們只限于討論ASLI產(chǎn)品采用的水冷系統(tǒng)。

    水冷氙燈系統(tǒng)由石英，燃燒管，內(nèi)，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(tǒng)。安裝后，將去離子水或蒸餾水泵入這系統(tǒng)冷卻燈管和吸收長波紅外能量。當(dāng)用硼硅玻璃，內(nèi)，外濾光時，氙燈系統(tǒng)近似于自然日光，將外濾光玻璃該為鈉鈣玻璃，則接近經(jīng)過玻璃窗過濾后的自然日光。 

初開發(fā)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(qū)形成，隨著繼續(xù)使用，沉積從電極區(qū)向燈管中心擴大，這些沉積物嚴(yán)重影響了燈的能量輸出，使燈的壽命縮短，當(dāng)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。ASLI立即開始了改進氙燈性能的研究。

1974年秋，在J.NORTON的指導(dǎo)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(qū)，消除了黑色沉積的問題。當(dāng)與ASLI的光監(jiān)視系統(tǒng)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。

6500W氙燈現(xiàn)在在ASLI C系列氣候老化儀和褪色試驗儀中使用。

氙弧燈先用于塑料工業(yè)：許多規(guī)范如AATCC，ASTM，ISO和政府的規(guī)范都將它列入為使用燈。紡織工業(yè)是傳統(tǒng)使用碳弧燈的用戶，現(xiàn)在也改變他們的規(guī)范使用氙燈。AATCC不僅規(guī)定了使用氙燈，而且規(guī)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(chǎn)生一個期望的顏色變化。

使用碳弧燈的另一傳統(tǒng)工業(yè)是汽車工業(yè)，近工業(yè)纖維協(xié)會IFAI強調(diào)氙弧燈方法已發(fā)展作為汽車內(nèi)部裝備，裝飾產(chǎn)品的老化試驗方法。

事實上，在氙燈老化儀中試驗，證明許多產(chǎn)品與曝露在Florida試驗基地的自然老化試驗結(jié)果相關(guān)性高達98%。

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