單功能紫外老化試驗箱

一、 工作原理

單功能紫外老化試驗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的紫外線部分。

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

2. 濕氣侵蝕模擬：

• 冷凝功能： 在測試箱的底部設計有加熱水槽，通過加熱產生水蒸氣。在箱體內壁和試樣表面，通過溫度控制使水蒸氣冷凝成液態水，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象。

• 噴淋功能： 部分型號配備噴淋系統，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（在試樣因光照而溫度較高時突然噴淋冷水）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箱通常由以下幾個系統構成：

1. 箱體結構：

• 內膽： 通常采用不銹鋼板，耐腐蝕、耐高溫。

• 外殼： 一般采用冷軋鋼板，表面進行噴塑處理，美觀且防銹。

• 試樣架： 用于固定測試樣品，通常設計成斜面或托盤式，材質為鋁合金或不銹鋼，耐腐蝕。

2. 紫外光源系統：

• 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： 發射的紫外線能量更強，尤其是低于300nm的短波紫外線，加速倍率更高，但可能與實際戶外暴曬的相關性不如UVA-340。常用于質量控制或耐久性材料的測試。

• 紫外燈管： 這是設備的心臟。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：

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

• 溫度傳感器： 監測箱內空氣溫度（黑板溫度或黑標溫度）。

• 控制器： 核心控制單元，用于設置和控制測試周期、溫度等參數。

4. 濕氣模擬系統：

• 冷凝系統： 由加熱水槽、水位控制器等組成。

• 噴淋系統（可選）： 由水泵、噴嘴、水管等組成。

三、 主要應用領域

單功能紫外老化試驗箱廣泛應用于需要評估材料在戶外陽光下耐老化性能的行業：

• 涂料與油墨行業： 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： 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： 用于內外飾件，如儀表盤、保險杠、內飾面料的耐光性測試。

• 電子電器： 測試外殼材料的顏色穩定性和機械性能變化。

四、 遵循的主要測試標準

設備的設計和測試方法通常遵循國際和國內標準，例如：

• ASTM G154： 《非金屬材料熒光紫外燈暴露循環操作標準規程》

• ISO 4892-3： 《塑料 實驗室光源暴露方法 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標準》

• GB/T 16422.3： 《塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第3部分：熒光紫外燈》（中國國家標準）

五、 基本操作流程

1. 樣品制備： 將待測材料制成標準尺寸的試樣。

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. 設置參數： 在控制器上設置測試程序，通常是一個循環周期，例如：

• 光照階段： 例如，在60°C的黑板溫度下紫外照射8小時。

• 冷凝階段： 例如，在50°C下冷凝4小時。

• （可選）光照+噴淋階段。

4. 開始測試： 啟動設備，開始循環測試。測試時間可以是幾百小時到幾千小時不等。

5. 結果評估： 測試結束后，取出樣品，通過與未經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。

• 機械性能變化： 測試拉伸強度、沖擊強度等。

• 表觀變化： 肉眼觀察是否出現龜裂、粉化、起泡、斑點等。

六、 優點與局限性

優點：

• 成本效益高： 相對于氙燈老化箱等更復雜的設備，購置和維護成本更低。

• 操作簡單： 控制系統相對簡單，易于學習和操作。

• 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，因此對熱效應和可見光引發的降解模擬不足。

• 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： 無法進行復雜的綜合環境應力試驗（如溫度循環+濕熱+振動）。

總結

單功能紫外老化試驗箱是一款高效、經濟、用途專一的材料耐候性測試工具。它通過模擬和強化自然界中破壞力強的紫外線與濕氣因素，在實驗室內快速預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性上存在一定局限，但因其出色的性價比和針對性，使其在質量控制、材料篩選和研發初期的耐候性評估中扮演著不可或替代的重要角色。