单功能紫外老化试验箱

一、 工作原理

单功能紫外老化试验箱的核心原理是模拟并加速自然界中阳光和雨水对材料的破坏作用。

1. 光降解模拟：

• 设备使用特定波长的UV-A或UV-B荧光紫外灯管，来模拟太阳光中破坏性强的紫外线部分。

• 紫外线能引发高分子材料（如塑料、涂料、橡胶）的聚合物链断裂，导致褪色、失光、粉化、强度下降等问题。

2. 湿气侵蚀模拟：

• 冷凝功能： 在测试箱的底部设计有加热水槽，通过加热产生水蒸气。在箱体内壁和试样表面，通过温度控制使水蒸气冷凝成液态水，均匀地覆盖在试样表面。这种冷凝方式模拟了自然界中夜间和清晨的露水现象。

• 喷淋功能： 部分型号配备喷淋系统，通过喷嘴向试样表面喷洒水雾。这不仅可以模拟雨水冲刷，还能通过热冲击效应（在试样因光照而温度较高时突然喷淋冷水）加剧材料的老化。

二、 核心组成部分

一台典型的单功能紫外老化试验箱通常由以下几个系统构成：

1. 箱体结构：

• 内胆： 通常采用不锈钢板，耐腐蚀、耐高温。

• 外壳： 一般采用冷轧钢板，表面进行喷塑处理，美观且防锈。

• 试样架： 用于固定测试样品，通常设计成斜面或托盘式，材质为铝合金或不锈钢，耐腐蚀。

2. 紫外光源系统：

• UVA-340灯管： 光谱在365nm到295nm之间，其紫外短波段的能量分布与太阳光在365nm-295nm之间的部分非常吻合，是模拟户外日光照晒的选择。

• UVB-313灯管： 发射的紫外线能量更强，尤其是低于300nm的短波紫外线，加速倍率更高，但可能与实际户外暴晒的相关性不如UVA-340。常用于质量控制或耐久性材料的测试。

• 紫外灯管： 这是设备的心脏。常用类型有：

• 灯管安装座： 位于箱体顶部，方便灯管的安装和更换。

3. 加热与温度控制系统：

• 加热器： 通常采用浸入式电加热管，用于加热底部水槽以产生水蒸气（用于冷凝）和控制箱内空气温度。

• 温度传感器： 监测箱内空气温度（黑板温度或黑标温度）。

• 控制器： 核心控制单元，用于设置和控制测试周期、温度等参数。

4. 湿气模拟系统：

• 冷凝系统： 由加热水槽、水位控制器等组成。

• 喷淋系统（可选）： 由水泵、喷嘴、水管等组成。

三、 主要应用领域

单功能紫外老化试验箱广泛应用于需要评估材料在户外阳光下耐老化性能的行业：

• 涂料与油墨行业： 测试油漆、清漆、汽车面漆等的耐黄变、粉化、龟裂性能。

• 塑料与橡胶行业： 评估塑料制品（如汽车部件、户外家具）和橡胶制品的老化、变色、脆化情况。

• 纺织品与皮革： 测试织物、帆布、皮革的褪色和强度损失。

• 建筑材料： 评估屋顶材料、密封胶、防水卷材等的耐久性。

• 汽车工业： 用于内外饰件，如仪表盘、保险杠、内饰面料的耐光性测试。

• 电子电器： 测试外壳材料的颜色稳定性和机械性能变化。

四、 遵循的主要测试标准

设备的设计和测试方法通常遵循国际和国内标准，例如：

• ASTM G154： 《非金属材料荧光紫外灯暴露循环操作标准规程》

• ISO 4892-3： 《塑料 实验室光源暴露方法 第3部分：荧光紫外灯》

• SAE J2020： 《汽车外饰材料荧光紫外/冷凝暴露加速老化试验标准》

• GB/T 16422.3： 《塑料 实验室光源暴露试验方法 第3部分：荧光紫外灯》（中国国家标准）

五、 基本操作流程

1. 样品制备： 将待测材料制成标准尺寸的试样。

2. 安装样品： 将试样牢固地安装在试样架上，确保表面平整。

3. 设置参数： 在控制器上设置测试程序，通常是一个循环周期，例如：

• 光照阶段： 例如，在60°C的黑板温度下紫外照射8小时。

• 冷凝阶段： 例如，在50°C下冷凝4小时。

• （可选）光照+喷淋阶段。

4. 开始测试： 启动设备，开始循环测试。测试时间可以是几百小时到几千小时不等。

5. 结果评估： 测试结束后，取出样品，通过与未经测试的原始样品对比，评估其：

• 颜色变化： 使用色差仪。

• 光泽度变化： 使用光泽度仪。

• 机械性能变化： 测试拉伸强度、冲击强度等。

• 表观变化： 肉眼观察是否出现龟裂、粉化、起泡、斑点等。

六、 优点与局限性

优点：

• 成本效益高： 相对于氙灯老化箱等更复杂的设备，购置和维护成本更低。

• 操作简单： 控制系统相对简单，易于学习和操作。

• 加速效果好： 对紫外线引起的降解模拟非常有效，测试周期短。

• 维护方便： 核心部件（如灯管）更换简单。

局限性：

• 光谱不完整： 无法模拟太阳光全光谱，特别是可见光和红外线部分，因此对热效应和可见光引发的降解模拟不足。

• 温湿度控制精度有限： 无法像精密恒温恒湿箱那样精确控制温湿度曲线。

• “单功能"限制： 无法进行复杂的综合环境应力试验（如温度循环+湿热+振动）。

总结

单功能紫外老化试验箱是一款高效、经济、用途专一的材料耐候性测试工具。它通过模拟和强化自然界中破坏力强的紫外线与湿气因素，在实验室内快速预测材料在户外长期使用后的性能变化。虽然它在模拟的真实性上存在一定局限，但因其出色的性价比和针对性，使其在质量控制、材料筛选和研发初期的耐候性评估中扮演着不可或替代的重要角色。