氙燈紫外耐氣候老化試驗(yàn)箱使用不同光源的闡述

    雖然應(yīng)用由于像熱，  濕度和機(jī)械改變會(huì)加速老化并影響材料終性能的改變，但對(duì)在戶外的材料使用壽命的限制主要是太陽(yáng)光的紫外輻射，所以我從實(shí)驗(yàn)室老化試驗(yàn)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(yàn)，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(duì)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(guò)，產(chǎn)生弧光。由于碳電極的成份，決定它燃燒時(shí)產(chǎn)生的光的品質(zhì)，對(duì)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(cè)試條件。

    封閉式碳弧燈的SPD顯示，它的主要能量集中在3個(gè)相當(dāng)窄的波帶中。在低于345nm處還有相對(duì)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(yàn)使用的光源，早始于1933年。弧光在三隊(duì)碳棒中的一對(duì)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(jìn)。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(jìn)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(dá)到快速試驗(yàn)的效果呢？比較FS-40熒光燈的SPD和Florida太陽(yáng)光的SPD，可以看出達(dá)到了增加紫外線能量的設(shè)計(jì)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(cè)量時(shí)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(duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的UV能量敏感的材料就可能不會(huì)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(wú)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(rèn)為它的主要用途是作為一個(gè)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(shí)為空氣冷卻系統(tǒng)，隨后在60年代使用水冷。這種光源對(duì)本世紀(jì)初形成加速老化的原始概念時(shí)期使用密封碳弧燈加速老化試驗(yàn)裝置以很大沖擊。

    無(wú)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(gè)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(zhǎng)波紅外能量。當(dāng)用硼硅玻璃，內(nèi)，外濾光時(shí)，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(guò)玻璃窗過(guò)濾后的自然日光。 

初開發(fā)的2500W和6000W氙燈，由于隨著點(diǎn)燃時(shí)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(kuò)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(shí)，在額定輻射水平上使用的6000W氙燈，每300~500小時(shí)就需要更換。ASLI立即開始了改進(jìn)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?zèng)]有了電極區(qū)，消除了黑色沉積的問(wèn)題。當(dāng)與ASLI的光監(jiān)視系統(tǒng)一起使用時(shí)，6500W的氙燈使用壽命超過(guò)1500小時(shí)，一般可達(dá)2000小時(shí)。但工作在高強(qiáng)度輻射下的氙燈的使用壽命會(huì)受影響。

6500W氙燈現(xiàn)在在ASLI C系列氣候老化儀和褪色試驗(yàn)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(gè)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(huì)IFAI強(qiáng)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(yàn)方法。

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

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