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一文了解氙燈耐氣候試驗箱

時間:2023/4/7閱讀:1162
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  在材料科學(xué)與工業(yè)質(zhì)量控制領(lǐng)域,耐候性是衡量產(chǎn)品使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)。氙燈耐氣候試驗箱作為模擬自然環(huán)境中光、熱、濕度等綜合老化因素的核心設(shè)備,正通過精準(zhǔn)的環(huán)境模擬技術(shù),為汽車、建材、電子等行業(yè)提供可靠的耐候性測試數(shù)據(jù)。

  一、定義與核心功能

  (一)設(shè)備定義

  氙燈耐氣候試驗箱是一種通過氙弧燈模擬自然陽光光譜(290nm~800nm),并結(jié)合溫濕度控制、噴淋系統(tǒng)等模塊,實現(xiàn)材料在人工加速老化環(huán)境中性能評估的精密試驗設(shè)備。其核心功能包括:

  1. 全光譜光照模擬:覆蓋紫外、可見及紅外波段,還原太陽光的光化學(xué)破壞效應(yīng);

  2. 多因子耦合老化:同步控制溫度(-20℃~80℃)、相對濕度(10%~98% RH)及降雨 / 凝露過程,模擬復(fù)雜氣候條件;

  3. 加速老化測試:通過高于自然環(huán)境數(shù)倍的輻照強度,將材料數(shù)年的老化過程縮短至數(shù)百小時。

  (二)技術(shù)優(yōu)勢

  與紫外(UV)老化箱相比,氙燈試驗箱的核心優(yōu)勢在于全光譜模擬能力:

  紫外箱僅覆蓋 280nm~400nm 紫外區(qū),主要模擬陽光的紫外線老化;

  氙燈箱則包含 290nm~800nm 全波段(占太陽光能量的 95%),可同時評估材料對紫外光的光降解、可見光的色變及紅外光的熱效應(yīng),測試結(jié)果更貼近真實戶外老化場景。

  二、工作原理與系統(tǒng)構(gòu)成

  (一)核心技術(shù)原理

  設(shè)備通過三大系統(tǒng)協(xié)同工作實現(xiàn)環(huán)境模擬:

  光源系統(tǒng):

  氙燈燈管(功率 500W~6000W)在高壓激發(fā)下產(chǎn)生連續(xù)光譜,經(jīng)濾光片組(如日光型、窗玻璃型濾光器)剔除短波長紫外(<290nm,避免過度加速),輸出符合標(biāo)準(zhǔn)的模擬光譜(如 ASTM G155 的 340nm 處輻照強度控制);

  輻照校準(zhǔn)系統(tǒng)通過紫外/可見傳感器實時監(jiān)測光照強度,結(jié)合 PID 算法動態(tài)調(diào)節(jié)燈管功率,確保長期穩(wěn)定性(偏差≤±5%)。

  環(huán)境控制系統(tǒng):

  溫度控制:風(fēng)冷/水冷式熱交換器配合電加熱模塊,實現(xiàn) ±0.5℃的控溫精度(空載);

  濕度控制:干濕球濕度傳感器結(jié)合蒸汽加濕/冷凍除濕技術(shù),在高溫高濕(如 60℃/90% RH)環(huán)境下穩(wěn)定運行;

  噴淋系統(tǒng):高壓水泵以 1~2ml/min?㎡的速率模擬降雨,或通過冷凝系統(tǒng)在樣品表面形成凝露,加速材料表面腐蝕與光化學(xué)反應(yīng)。

  樣品架與運動系統(tǒng):

  轉(zhuǎn)盤式或平面樣品架(轉(zhuǎn)速 1~5r/min)確保樣品表面輻照均勻性(≤±10%);

  樣品夾采用絕緣材料(如聚四氟乙烯),避免金屬接觸導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕干擾。

  (二)關(guān)鍵組件

 

  三、核心性能指標(biāo)

  (一)光譜匹配度

  滿足國際標(biāo)準(zhǔn):如 ASTM G155(美國材料與試驗協(xié)會)、ISO 105-B02(紡織品耐光色牢度)、GB/T 16422.2(塑料實驗室光源暴露);

  典型光譜參數(shù):340nm 處輻照強度 0.35~1.25W/㎡?nm 可調(diào),420nm 處長期穩(wěn)定性≤±2%/1000h。

  (二)環(huán)境控制能力

  溫度范圍:-20℃(低溫型)~80℃(高溫型),升溫速率≥1℃/min,降溫速率≥0.5℃/min;

  濕度范圍:10% RH(低濕型)~98% RH(濕熱型),在 60℃時仍可保持 90% RH 高濕環(huán)境;

  噴淋周期:0~240 分鐘可設(shè),噴淋壓力 0.1~0.3MPa,水滴粒徑 50~200μm(模擬自然降雨)。

  (三)均勻性與偏差

  光照均勻性:≤±15%(基于 ASTM E903 標(biāo)準(zhǔn)測試);

  溫濕度均勻性:溫度≤±1℃,濕度≤±5% RH(空載穩(wěn)定狀態(tài))。

 

  四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

  (一)材料研發(fā)與質(zhì)量控制

  高分子材料:

  塑料(如汽車保險杠 PP 材料)的變色、粉化測試;

  橡膠(如密封圈 EPDM 材料)的龜裂、拉伸強度衰減評估;

  涂料(如建筑外墻乳膠漆)的失光、附著力下降檢測。

  汽車行業(yè):

  外飾件(車燈罩 PC、儀表盤 ABS)的耐候等級認(rèn)證(需通過 1000 小時氙燈測試,色差 ΔE≤3);

  內(nèi)飾材料(座椅皮革、頂棚織物)的色牢度測試(參照 VDA 230-214 標(biāo)準(zhǔn))。

  電子電器:

  戶外 LED 燈具(外殼 PC/ABS)的抗紫外老化驗證;

  太陽能電池封裝材料(EVA 膠膜)的黃變及透光率衰減測試。

  (二)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試案例

  汽車行業(yè):執(zhí)行 GM 9500P 標(biāo)準(zhǔn),要求樣品在 65℃/65% RH、輻照強度 0.55W/㎡?nm(340nm)條件下運行 1000 小時,表面不得出現(xiàn)裂紋、嚴(yán)重褪色;

  光伏行業(yè):依據(jù) IEC 61215,組件需通過 2000 小時氙燈老化(輻照 1000W/㎡,23℃±5℃),功率衰減≤5%。

  五、操作規(guī)范與維護要點

  (一)測試前準(zhǔn)備

  樣品制備:

  尺寸:推薦 150mm×70mm×3mm(符合多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求),邊緣用鋁箔包裹防止邊緣效應(yīng);

  預(yù)處理:在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境(23℃/50% RH)下放置 24 小時,消除加工應(yīng)力影響。

  參數(shù)設(shè)定:

  根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇濾光片(如模擬窗玻璃過濾選 UG-53 型,戶外直射選日光型);

  輻照強度校準(zhǔn):使用光譜輻射計在樣品表面 3 個位置測量,取平均值設(shè)定目標(biāo)值。

  (二)運行與監(jiān)控

  過程記錄:

  每小時記錄溫濕度、輻照強度、噴淋狀態(tài),異常波動超過 ±10% 時觸發(fā)報警;

  定期(每 200 小時)檢查濾光片表面污染,使用無水乙醇擦拭(避免劃傷)。

  安全注意:

  燈管更換時需冷卻 30 分鐘以上,佩戴防紫外線手套(UV 防護等級≥400nm);

  箱體內(nèi)壁高溫時(>50℃)禁止直接觸摸,開門前確認(rèn)溫度降至室溫 ±10℃。

  (三)維護保養(yǎng)

  燈管壽命管理:

  累計運行達 800 小時后,即使未損壞也建議更換(光譜衰減超過 15% 會影響測試精度);

  更換后需重新校準(zhǔn)輻照強度(新舊燈管差異可達 ±20%)。

  濾光系統(tǒng)維護:

  每季度檢查濾光片支架密封性,防止灰塵進入導(dǎo)致透光率下降;

  水冷型設(shè)備需每月更換冷卻水(使用去離子水,電導(dǎo)率≤10μS/cm)。

  氙燈耐氣候試驗箱作為材料耐候性測試的 "金標(biāo)準(zhǔn)" 設(shè)備,其技術(shù)進步正推動各行業(yè)從經(jīng)驗驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動的研發(fā)模式。用戶需根據(jù)材料類型、應(yīng)用場景及目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適機型(如選擇水冷型應(yīng)對高輻照需求,或低溫型測試寒帶環(huán)境老化),并嚴(yán)格遵循操作規(guī)范,確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性與可重復(fù)性。

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