單功能紫外老化試驗(yàn)箱

一、 工作原理

單功能紫外老化試驗(yàn)箱的核心原理是模擬并加速自然界中陽光和雨水對材料的破壞作用。

1. 光降解模擬：

• 設(shè)備使用特定波長的UV-A或UV-B熒光紫外燈管，來模擬太陽光中破壞性強(qiáng)的紫外線部分。

• 紫外線能引發(fā)高分子材料（如塑料、涂料、橡膠）的聚合物鏈斷裂，導(dǎo)致褪色、失光、粉化、強(qiáng)度下降等問題。

2. 濕氣侵蝕模擬：

• 冷凝功能： 在測試箱的底部設(shè)計(jì)有加熱水槽，通過加熱產(chǎn)生水蒸氣。在箱體內(nèi)壁和試樣表面，通過溫度控制使水蒸氣冷凝成液態(tài)水，均勻地覆蓋在試樣表面。這種冷凝方式模擬了自然界中夜間和清晨的露水現(xiàn)象。

• 噴淋功能： 部分型號配備噴淋系統(tǒng)，通過噴嘴向試樣表面噴灑水霧。這不僅可以模擬雨水沖刷，還能通過熱沖擊效應(yīng)（在試樣因光照而溫度較高時(shí)突然噴淋冷水）加劇材料的老化。

二、 核心組成部分

一臺典型的單功能紫外老化試驗(yàn)箱通常由以下幾個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成：

1. 箱體結(jié)構(gòu)：

• 內(nèi)膽： 通常采用不銹鋼板，耐腐蝕、耐高溫。

• 外殼： 一般采用冷軋鋼板，表面進(jìn)行噴塑處理，美觀且防銹。

• 試樣架： 用于固定測試樣品，通常設(shè)計(jì)成斜面或托盤式，材質(zhì)為鋁合金或不銹鋼，耐腐蝕。

2. 紫外光源系統(tǒng)：

• UVA-340燈管： 光譜在365nm到295nm之間，其紫外短波段的能量分布與太陽光在365nm-295nm之間的部分非常吻合，是模擬戶外日光照曬的選擇。

• UVB-313燈管： 發(fā)射的紫外線能量更強(qiáng)，尤其是低于300nm的短波紫外線，加速倍率更高，但可能與實(shí)際戶外暴曬的相關(guān)性不如UVA-340。常用于質(zhì)量控制或耐久性材料的測試。

• 紫外燈管： 這是設(shè)備的心臟。常用類型有：

• 燈管安裝座： 位于箱體頂部，方便燈管的安裝和更換。

3. 加熱與溫度控制系統(tǒng)：

• 加熱器： 通常采用浸入式電加熱管，用于加熱底部水槽以產(chǎn)生水蒸氣（用于冷凝）和控制箱內(nèi)空氣溫度。

• 溫度傳感器： 監(jiān)測箱內(nèi)空氣溫度（黑板溫度或黑標(biāo)溫度）。

• 控制器： 核心控制單元，用于設(shè)置和控制測試周期、溫度等參數(shù)。

4. 濕氣模擬系統(tǒng)：

• 冷凝系統(tǒng)： 由加熱水槽、水位控制器等組成。

• 噴淋系統(tǒng)（可選）： 由水泵、噴嘴、水管等組成。

三、 主要應(yīng)用領(lǐng)域

單功能紫外老化試驗(yàn)箱廣泛應(yīng)用于需要評估材料在戶外陽光下耐老化性能的行業(yè)：

• 涂料與油墨行業(yè)： 測試油漆、清漆、汽車面漆等的耐黃變、粉化、龜裂性能。

• 塑料與橡膠行業(yè)： 評估塑料制品（如汽車部件、戶外家具）和橡膠制品的老化、變色、脆化情況。

• 紡織品與皮革： 測試織物、帆布、皮革的褪色和強(qiáng)度損失。

• 建筑材料： 評估屋頂材料、密封膠、防水卷材等的耐久性。

• 汽車工業(yè)： 用于內(nèi)外飾件，如儀表盤、保險(xiǎn)杠、內(nèi)飾面料的耐光性測試。

• 電子電器： 測試外殼材料的顏色穩(wěn)定性和機(jī)械性能變化。

四、 遵循的主要測試標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)備的設(shè)計(jì)和測試方法通常遵循國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，例如：

• ASTM G154： 《非金屬材料熒光紫外燈暴露循環(huán)操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程》

• ISO 4892-3： 《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法 第3部分：熒光紫外燈》

• SAE J2020： 《汽車外飾材料熒光紫外/冷凝暴露加速老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》

• GB/T 16422.3： 《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第3部分：熒光紫外燈》（中國國家標(biāo)準(zhǔn)）

五、 基本操作流程

1. 樣品制備： 將待測材料制成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試樣。

2. 安裝樣品： 將試樣牢固地安裝在試樣架上，確保表面平整。

3. 設(shè)置參數(shù)： 在控制器上設(shè)置測試程序，通常是一個(gè)循環(huán)周期，例如：

• 光照階段： 例如，在60°C的黑板溫度下紫外照射8小時(shí)。

• 冷凝階段： 例如，在50°C下冷凝4小時(shí)。

• （可選）光照+噴淋階段。

4. 開始測試： 啟動設(shè)備，開始循環(huán)測試。測試時(shí)間可以是幾百小時(shí)到幾千小時(shí)不等。

5. 結(jié)果評估： 測試結(jié)束后，取出樣品，通過與未經(jīng)測試的原始樣品對比，評估其：

• 顏色變化： 使用色差儀。

• 光澤度變化： 使用光澤度儀。

• 機(jī)械性能變化： 測試?yán)鞆?qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等。

• 表觀變化： 肉眼觀察是否出現(xiàn)龜裂、粉化、起泡、斑點(diǎn)等。

六、 優(yōu)點(diǎn)與局限性

優(yōu)點(diǎn)：

• 成本效益高： 相對于氙燈老化箱等更復(fù)雜的設(shè)備，購置和維護(hù)成本更低。

• 操作簡單： 控制系統(tǒng)相對簡單，易于學(xué)習(xí)和操作。

• 加速效果好： 對紫外線引起的降解模擬非常有效，測試周期短。

• 維護(hù)方便： 核心部件（如燈管）更換簡單。

局限性：

• 光譜不完整： 無法模擬太陽光全光譜，特別是可見光和紅外線部分，因此對熱效應(yīng)和可見光引發(fā)的降解模擬不足。

• 溫濕度控制精度有限： 無法像精密恒溫恒濕箱那樣精確控制溫濕度曲線。

• “單功能"限制： 無法進(jìn)行復(fù)雜的綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)（如溫度循環(huán)+濕熱+振動）。

總結(jié)

單功能紫外老化試驗(yàn)箱是一款高效、經(jīng)濟(jì)、用途專一的材料耐候性測試工具。它通過模擬和強(qiáng)化自然界中破壞力強(qiáng)的紫外線與濕氣因素，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)快速預(yù)測材料在戶外長期使用后的性能變化。雖然它在模擬的真實(shí)性上存在一定局限，但因其出色的性價(jià)比和針對性，使其在質(zhì)量控制、材料篩選和研發(fā)初期的耐候性評估中扮演著不可或替代的重要角色。