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碳弧燈老化測(cè)試

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發(fā)布時(shí)間：2025-03-13 08:59:43 更新時(shí)間：2025-03-12 09:00:58

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

碳弧燈老化測(cè)試用于模擬材料在日光和濕熱環(huán)境下的耐候性，評(píng)估涂料、塑料、橡膠、紡織品等材料的抗老化性能。以下是基于 JIS D0205（汽車部件耐候性）、ASTM G152（非金屬材料碳弧燈老化） 及 ISO 4892-4:2013（塑料實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法） 的系統(tǒng)化檢測(cè)方案：

一、核心檢測(cè)項(xiàng)目與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

檢測(cè)類別	關(guān)鍵參數(shù)	測(cè)試條件	判定標(biāo)準(zhǔn)
光照周期	連續(xù)光照或循環(huán)（光照+噴淋）	光照：63℃±3℃，濕度50%±5%	JIS D0205-1987
碳弧燈類型	開放式碳弧燈（紫外+可見光譜）	電流：60A±2A，電壓：50V±5V	ASTM G152-13
輻照度控制	340nm波段輻照度≥0.35W/m²	輻照計(jì)校準(zhǔn)（每500h更換碳棒）	ISO 4892-4:2013
噴淋條件	噴淋周期（18min/102min循環(huán)）	去離子水，流量≥0.8L/min	SAE J1885-2020
測(cè)試時(shí)間	標(biāo)準(zhǔn)周期（300h、600h、1000h）	按產(chǎn)品需求或行業(yè)規(guī)范設(shè)定	客戶自定義

二、檢測(cè)設(shè)備與工具

設(shè)備/工具	用途	推薦型號(hào)/品牌
碳弧燈老化箱	模擬日光+濕熱老化環(huán)境	Q-Sun Xe-3-HCE（符合ISO 4892-4）
輻照度計(jì)	紫外波段輻照度監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)	Atlas Ci4000（340nm傳感器）
色差儀	顏色變化（ΔE≤2.0）評(píng)估	Konica Minolta CM-2600d
光澤度計(jì)	表面光澤度變化（60°角，ΔGU≤20%）	BYK Gardner micro-TRI-gloss
力學(xué)試驗(yàn)機(jī)	拉伸強(qiáng)度保留率（≥80%）測(cè)試	Instron 5966（10kN載荷）

三、標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程

1. 試樣制備

尺寸要求：
- 涂料板：70mm×150mm，厚度均勻（噴涂膜厚按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）；
- 塑料樣條：ASTM D638標(biāo)準(zhǔn)樣條（厚度2~4mm）。
預(yù)處理：恒溫恒濕（23℃±2℃，50%RH±5%）平衡24h。

2. 測(cè)試條件設(shè)定

光照模式：
- 連續(xù)光照：適用于快速篩選測(cè)試（無噴淋）；
- 循環(huán)模式：光照102min + 噴淋18min（模擬晝夜循環(huán)）。
溫度/濕度：
- 黑板溫度：63℃±3℃（光照階段）；
- 箱體濕度：50%±5%（非噴淋階段）。

3. 測(cè)試運(yùn)行與監(jiān)控

安裝試樣于樣品架，確保無遮擋；
啟動(dòng)設(shè)備，記錄初始色差（ΔE?）、光澤度（GU?）及力學(xué)性能；
每100h停機(jī)檢查，清潔碳棒并校準(zhǔn)輻照度；
按周期（300h/600h/1000h）取樣測(cè)試。

4. 結(jié)果判定

顏色變化：ΔE = √(ΔL² + Δa² + Δb²) ≤ 2.0（客戶可接受范圍）；
光澤度保留率：GU保留率 ≥ 80%（對(duì)比初始值）；
力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度/斷裂伸長(zhǎng)率保留率 ≥ 70%；
外觀評(píng)級(jí)：無裂紋、粉化、起泡（ISO 4628標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)）。

四、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

參數(shù)	ASTM G152	JIS D0205	ISO 4892-4
碳棒類型 Sunshine Carbon Arc 開放型碳弧燈（雙碳棒）封閉式碳弧燈（單碳棒）
輻照度控制無無 340nm≥0.35W/m²
噴淋周期無 18min/102min 可自定義（通常同JIS）
典型應(yīng)用涂料、塑料汽車內(nèi)外飾件通用塑料與橡膠

五、常見問題與解決方案

問題現(xiàn)象	可能原因	解決方案
試樣黃變（ΔE＞5）	紫外線吸收劑不足或樹脂降解	添加UV穩(wěn)定劑（如Tinuvin 326），優(yōu)化樹脂聚合度
表面粉化	涂層交聯(lián)度低或顏料耐候性差	提高固化溫度/時(shí)間，選用金紅石型鈦白粉
裂紋產(chǎn)生	熱應(yīng)力集中或材料脆化	增加增韌劑（如POE），優(yōu)化冷卻速率
光澤度下降快	表面粗糙度增加或涂層脫落	優(yōu)化噴涂工藝（膜厚均勻），添加流平劑

六、檢測(cè)報(bào)告與改進(jìn)建議

報(bào)告內(nèi)容：
- 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM G152）、設(shè)備參數(shù)（碳棒型號(hào)、輻照度）；
- 周期數(shù)據(jù)（顏色、光澤、力學(xué)性能變化曲線）；
- 失效分析（SEM顯微照片、FTIR化學(xué)結(jié)構(gòu)變化）。
改進(jìn)建議：
- 配方優(yōu)化：添加抗氧化劑（如Irganox 1010）、紫外吸收劑；
- 工藝調(diào)整：控制加工溫度（避免熱降解）、增加表面涂層（如UV固化清漆）；
- 材料替換：選用耐候性更優(yōu)的基材（如ASA替代ABS）。

通過碳弧燈老化測(cè)試，可有效預(yù)測(cè)材料在戶外環(huán)境下的壽命與性能衰減趨勢(shì)。建議結(jié)合 氙燈老化測(cè)試（更接近太陽光譜） 進(jìn)行交叉驗(yàn)證，并針對(duì)特定行業(yè)（如汽車、光伏）參考 SAE J2527 或 IEC 61215 等標(biāo)準(zhǔn)，制定更精準(zhǔn)的耐候性評(píng)價(jià)體系。