转鼓式氙灯老化箱中样品类型和排布对测试结果的影响探究

您知道吗？

阳光和潮湿每年都造成上千万美元的材料破坏。

人工模拟氙灯老化可以模拟全光谱太阳光、高温和潮湿所产生的损害，能够在几天或者几周内，再现户外几个月甚至多年的老化效果。氙灯老化为科研、产品开发和质量控制提供相应的环境模拟和加速试验。

国高材分析测试中心光老化实验室

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氙灯老化测试设备（转鼓式和平板式）

氙灯老化老化试验箱有转鼓式和平板式，两者的特点如下：

1、两种氙灯老化试验箱的样品架结构不同：
风冷式氙灯老化试验箱（平板式）： 托盘式样品架,可以手动调节高度，对被测产品的形状无要求，只要放在托盘式即可。

水冷式氙灯老化试验箱（转鼓式氙灯）：转盘式样品架,可以360°旋转,要求被测产品必需是薄片状,并适合75×150mm标准样板所夹住，对样品的形状有要求，并挂在转盘上进行光照，试样置于旋转架上，与光源保持一定距离。

2、灯管及摆放不同

氙灯老化试验箱的灯管是疝灯，UV老化试验箱的是UV紫外线灯管；
氙灯老化试验箱和UV老化试验箱辐照度和温度不一样；
风冷式氙灯老化试验箱（平板式）：3支进口灯管同时使用，灯管功率1.8KW/支，灯管使用寿命约1500小时；
水冷式氙灯老化试验箱（转鼓式氙灯）：仅使用1支国产灯管，灯管功率6KW/支，灯管使用寿命约500小时。

3、辐射强度不同
风冷式氙灯老化试验箱（平板式）：辐射强度:≤300W/㎡，相对来说比较适合“室内产品”；
水冷式氙灯老化试验箱（转鼓式氙灯）：辐射强度:≤1200W/㎡，相对比较适合“室外产品”。

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转鼓式氙灯老化试验箱样品放置影响

图 1. UL 746C 标准中对光老化中缺口冲击样品摆放的要求

依据UL 746C进行测试时，要求缺口冲击样条在进行氙灯老化时进行缺口对光，为了探究转鼓式氙灯老化箱中样品类型和排布对测试结果影响，以明确不同操作方法对测试结果的影响，国高材分析测试中心工程师设计了如下实验：

图 2. 转鼓式氙灯老化箱试样架

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实验过程

（1）上中下层位置差异对测试结果的影响

为确定转鼓式氙灯老化箱中不同位置的样品的老化差异，采用标准 PS 色板 进行上中下层位置影响的验证，氙灯老化参照 ASTM G155（C1）标准条件进行 测试。

图 3. 位置验证使用标准 PS 板

图 4. 不同位置对标准 PS 板色差影响趋势图

由图 4 可知，在 转鼓式氙灯老化箱中，试样架的上中下位置的辐照强度略有差异，中层辐照度最高，下层次之，上层最弱。

（2）缺口冲击样条摆放方式对测试结果的影响

基于 UL746 C 标准中，对于材料耐候性测试，要求缺口冲击样品进行光氧 老化测试时，需缺口位置对光，分别选择了 PP 和 PS 原材料，制备了注塑和手 铣缺口的样品，依据 ASTM G155（C1）标准，进行氙灯老化测试。

图 5. 缺口对光和平铺的冲击样条安装方法

表 1. 不同缺口冲击样品制备和摆放方式对光氧老化测试结果的影响数据表

由以上数据表可以看出，注塑缺口冲击样品的耐候性能略好于手铣缺口冲击 样品；缺口冲击样品的摆放方式对光氧老化后 PP 样品的冲击性能影响不大，但 对于 PS 样品，缺口对光放置的冲击样条耐候性略好于平铺放置的样品，这与我 们的预期有一定偏差，可能是因为平铺样品的光照接触面积更大，虽然缺口没有 对光，但样品的总体老化程度更严重一些。

（3）拉伸样品的氙灯老化测试

通常而言，我们进行拉伸样品的氙灯老化测试时，样品的加持方式相对固定， 摆放方式差异不大。

图 6. 样品老化 408h 后的外观形貌

表 2. 不同拉伸样品的光氧老化测试结果数据表

由上表可知，不同拉伸样品进行光氧老化测试时，差异更多体现在材料自身特 性。聚烯烃类材料在老化过程中，拉伸强度通常会发生骤降，这与热氧老化规律 一致，但其断裂伸长率一般会有缓慢变化的过程，可以作为材料老化程度的信号 指示。

（4）老化样品的微观形貌

图 7. PS 手铣缺口冲击样品老化前后微观形貌（左图为老化前）

通过对比 PS 缺口冲击样品的缺口位置老化前后的微观形貌图，除了老化后 的颜色发黄，并没有观察到预期的细微裂纹等老化现象。

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总结

（1）在转鼓式氙灯老化箱中，样品架的辐照强度顺序为中层> 下层>上层。

（2）光氧老化测试中，注塑缺口冲击样品的耐候性能略好于手铣缺口冲击样品； 缺口对光和平铺样品的差异，与样品自身的老化特性有关。