陽(yáng)光碳弧燈老化試驗(yàn)是一種通過(guò)模擬自然陽(yáng)光照射，評(píng)估材料耐候性（抗老化性能）的經(jīng)典測(cè)試方法。其核心是利用碳弧燈模擬太陽(yáng)光的光譜分布，加速材料在光照、溫度、濕度等環(huán)境因素下的老化過(guò)程，從而預(yù)測(cè)材料在實(shí)際使用中的耐久性。以下從原理、設(shè)備、應(yīng)用及注意事項(xiàng)等方面展開(kāi)說(shuō)明：
一、基本原理
陽(yáng)光中的光輻射（尤其是紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和部分紅外線(xiàn)）是導(dǎo)致材料老化的主要因素，會(huì)引發(fā)聚合物降解（如斷裂、交聯(lián)）、顏料褪色、表面粉化等問(wèn)題。
碳弧燈通過(guò)碳電極間的電弧放電產(chǎn)生連續(xù)光譜，其光譜分布與太陽(yáng)光有一定相似性（尤其在紫外-可見(jiàn)光區(qū)域），但需通過(guò)濾光系統(tǒng)（如石英濾光片、硼硅酸鹽濾光片）過(guò)濾掉多余的短波紫外線(xiàn)（<290nm，自然陽(yáng)光中幾乎無(wú)此部分）和紅外輻射，使最終輻照度更接近自然光照條件，從而更真實(shí)地模擬戶(hù)外老化。
二、試驗(yàn)設(shè)備：碳弧燈老化試驗(yàn)箱
核心組件包括：
1.
碳弧燈光源：由一對(duì)碳電極組成，通電后產(chǎn)生高溫電弧（約3000-4000℃），發(fā)射廣譜光。
2.
濾光系統(tǒng)：關(guān)鍵部件，通過(guò)多層濾光片（如內(nèi)層石英、外層硼硅玻璃）調(diào)整光譜，匹配太陽(yáng)光的有效輻射范圍（約290-2500nm）。
3.
樣品架：通常為旋轉(zhuǎn)式或多層擱板，確保樣品均勻受光。
4.
環(huán)境控制系統(tǒng)：
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溫度：黑板溫度計(jì)（BPT）或黑標(biāo)溫度計(jì)（BST）監(jiān)測(cè)樣品表面溫度（通常50-85℃）；
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濕度：可控濕度（0-95% RH），模擬不同氣候條件；
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噴水系統(tǒng)（可選）：模擬雨淋或凝露（如周期性噴水）。
三、試驗(yàn)條件與標(biāo)準(zhǔn)
試驗(yàn)參數(shù)需根據(jù)材料類(lèi)型和應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)定，常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)包括：
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ASTM G152：《非金屬材料暴露于碳弧燈光源的試驗(yàn)方法》（美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）；
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JIS D0205：日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（針對(duì)汽車(chē)部件）；
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GB/T 16422.3：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（等同采用ISO 4892-3，但I(xiàn)SO 4892-3實(shí)際針對(duì)氙燈，碳弧燈標(biāo)準(zhǔn)需參考具體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。
典型試驗(yàn)條件示例：
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輻照度：340nm處約0.51W/m2（或總輻照度控制在一定范圍）；
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黑板溫度：65±3℃；
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相對(duì)濕度：50±5%；
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試驗(yàn)周期：500-5000小時(shí)（根據(jù)材料老化速率調(diào)整）。
四、主要應(yīng)用領(lǐng)域
碳弧燈老化試驗(yàn)廣泛用于評(píng)估戶(hù)外暴露材料的耐候性，常見(jiàn)對(duì)象包括：
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高分子材料：塑料（如PVC、PE、PP）、橡膠（輪胎、密封件）、涂料（外墻漆、木器漆）、膠粘劑；
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紡織品：戶(hù)外服裝、遮陽(yáng)布、地毯；
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汽車(chē)部件：車(chē)漆、內(nèi)飾（塑料/皮革）、橡膠密封條；
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建筑材料：門(mén)窗型材、防水卷材、屋頂材料。
五、評(píng)價(jià)方法
試驗(yàn)后需通過(guò)多維度指標(biāo)評(píng)估材料老化程度，常用方法包括：
1.
外觀變化：目視評(píng)估褪色、粉化、裂紋、起泡等；通過(guò)色差儀測(cè)量顏色變化（ΔE*）；用光澤度儀測(cè)試表面光澤保留率。
2.
物理性能變化：拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率（塑料/橡膠）、硬度（涂料）、撕裂強(qiáng)度（紡織品）等力學(xué)性能衰減。
3.
化學(xué)結(jié)構(gòu)分析：紅外光譜（FTIR）檢測(cè)分子鏈斷裂或氧化產(chǎn)物；紫外-可見(jiàn)光譜（UV-Vis）分析顏料或添加劑的分解。
六、與其他老化試驗(yàn)方法的對(duì)比
方法 | 光譜匹配 | 加速倍數(shù) | 適用場(chǎng)景 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
陽(yáng)光碳弧燈 | 接近太陽(yáng)光（紫外-可見(jiàn)） | 中等 | 傳統(tǒng)戶(hù)外材料（如早期涂料、橡膠） | 光譜含過(guò)量紅外，設(shè)備體積大、成本高 |
氙弧燈老化 | 更接近太陽(yáng)光（全光譜） | 中等偏高 | 廣泛應(yīng)用（當(dāng)前主流） | 需精確濾光，成本較高 |
紫外熒光燈（UVA/UVB） | 僅紫外部分（無(wú)可見(jiàn)光/紅外） | 高 | 快速篩選紫外敏感材料（如塑料） | 與自然光照差異大，易過(guò)試驗(yàn) |
七、優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)
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優(yōu)點(diǎn)：光譜覆蓋范圍廣（含紫外、可見(jiàn)光、紅外），更接近自然陽(yáng)光的綜合老化效應(yīng)；可模擬溫濕度協(xié)同作用，更貼近戶(hù)外實(shí)際環(huán)境。
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缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜、成本高；碳弧燈光譜中仍含少量自然陽(yáng)光中不存在的短波紫外（需嚴(yán)格濾光）；試驗(yàn)周期較長(zhǎng)（通常數(shù)天至數(shù)月）。
總結(jié)
陽(yáng)光碳弧燈老化試驗(yàn)曾是戶(hù)外材料耐候性測(cè)試的主流方法，尤其適用于需要綜合模擬光、熱、濕效應(yīng)的場(chǎng)景。盡管氙弧燈因光譜更接近自然陽(yáng)光逐漸成為主流，但在部分傳統(tǒng)行業(yè)（如汽車(chē)、涂料）中，碳弧燈試驗(yàn)仍因標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)性被保留使用。實(shí)際選擇時(shí)需結(jié)合材料特性、標(biāo)準(zhǔn)要求和測(cè)試目的綜合考慮。