氙燈老化試驗(yàn)箱廣泛用來(lái)測(cè)試材料和產(chǎn)品的光穩(wěn)定性和抗老化性,因?yàn)殡舭l(fā)出的光譜很接近完整的包括紫外線(UV)、可視光和紅外線(IR)太陽(yáng)光譜。為獲得準(zhǔn)確的,重復(fù)性好的測(cè)試結(jié)果,所有的光穩(wěn)定性或老化性能測(cè)試必須控制光線的質(zhì)量,光強(qiáng)的改變會(huì)影響材料損壞的速度,而光譜能量分布的改變則會(huì)影響材料降解的速度和類型。
氙弧燈的發(fā)射情況是比較復(fù)雜的,因?yàn)樗鼱砍稁讉€(gè)變量,包括過(guò)濾器傳輸、輻照度控制點(diǎn)、發(fā)光強(qiáng)度以及燈管老化等。輻照度控制系統(tǒng)對(duì)光強(qiáng)和光譜都有影響。下面將分別就氙燈試驗(yàn)箱的幾個(gè)主要控制參數(shù)分別討論。
1.光學(xué)過(guò)濾器
未經(jīng)濾光的氙弧燈發(fā)射過(guò)多的短波紫外線,以至于不能很好的模擬地球表面自然暴露,因此,試驗(yàn)箱使用各種類型的過(guò)濾器來(lái)減少不必要的短波射線。過(guò)濾器的選擇取決于被測(cè)試的材料和使用環(huán)境。大多數(shù)過(guò)濾器型號(hào)都對(duì)光譜的短波部分進(jìn)行有效地過(guò)濾。平板型氙燈試驗(yàn)箱給每一個(gè)氣冷氙燈配備了一塊或多塊平面玻璃過(guò)濾器。水冷旋轉(zhuǎn)鼓式試驗(yàn)箱使用不同的過(guò)濾系統(tǒng),包括圍繞氙燈放置的圓柱形內(nèi)、外過(guò)濾器。
目前,氙燈試驗(yàn)箱中采用3種不同的過(guò)濾器系統(tǒng)。ASTM G155標(biāo)準(zhǔn)中,它們分別被命名為日光過(guò)濾器、窗玻璃過(guò)濾器和延伸紫外線過(guò)濾器。ISO標(biāo)準(zhǔn)使用不同的命名法。對(duì)于日光光譜、透過(guò)窗玻璃的陽(yáng)光光譜,IS0 11341(顏料)中分別稱做“方法1”和 “方法2”;IS0 4892-2(塑料)中分別稱做“方法A” 和“方法B”。ISO標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有提到延伸紫外線光譜,但有幾個(gè)SAE標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)此有要求。
2.輻照度控制
任何類型的氙燈燈管的輸出都會(huì)隨著時(shí)間而衰減。先進(jìn)的氙燈試驗(yàn)箱使用一個(gè)反饋回路控制系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償。有了該系統(tǒng),操作人員可預(yù)設(shè)輻照度水平,而測(cè)試室中的輻照度傳感器對(duì)光線進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)燈管老化導(dǎo)致輸出衰減時(shí),系統(tǒng)會(huì)通過(guò)增加氙燈的功率來(lái)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。
理論上,光線強(qiáng)度可以在氙燈光譜的任意位置進(jìn)行監(jiān)控,但通常使用的只是為數(shù)不多的幾個(gè)波段。一般在材料最為敏感的光譜區(qū)域進(jìn)行輻照度控制(例如,預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)降解的區(qū)域)。此外,輻照度控制點(diǎn)還因行業(yè)、應(yīng)用的不同而改變。
3.潮濕
平板型氙燈試驗(yàn)箱和旋轉(zhuǎn)鼓型氙燈試驗(yàn)箱都能通過(guò)向測(cè)試樣品噴淋水來(lái)模擬戶外潮濕的效果。這一方法對(duì)于模擬熱沖擊或機(jī)械腐蝕特別有效。在平板型試驗(yàn)箱內(nèi),測(cè)試樣品被安裝在一個(gè)平面樣品托盤上,水平傾斜5。。噴淋水能均勻地噴灑到樣品的表面,同時(shí)由于樣品放置接近水平,水不會(huì)很快流走,使得樣品在整個(gè)潮濕循環(huán)周期中都保持潮濕。
旋轉(zhuǎn)鼓型試驗(yàn)箱有一個(gè)噴淋條和噴嘴,當(dāng)旋轉(zhuǎn)的樣品經(jīng)過(guò)時(shí),向其噴水。每分鐘內(nèi),樣品約有3s處于潮濕狀態(tài)。某些試驗(yàn)箱裝有2個(gè)噴淋條,可以在樣品的正反面同時(shí)噴水。由于樣品垂直放置,水會(huì)很快從表面流走。在潮濕間隙,樣品有可能在轉(zhuǎn)離噴淋位置后變干。
4.相對(duì)濕度控制
對(duì)于許多材料而言,相對(duì)濕度(RH)的控制是很關(guān)鍵的,大多數(shù)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)都有相對(duì)濕度控制的要求。旋轉(zhuǎn)鼓型氙燈試驗(yàn)箱和平板型試驗(yàn)箱都可加裝相對(duì)濕度控制系統(tǒng)。因?yàn)榇罅康目諝獗仨氃跍y(cè)試室中流動(dòng)以保持測(cè)試溫度,所以對(duì)相對(duì)濕度的精確控制是比較困難的。要控制相對(duì)濕度,必須監(jiān)控測(cè)試室空氣的溫度。平板型氙燈試驗(yàn)箱精確的相對(duì)濕度控制系統(tǒng)(美國(guó)Q-Panel公司專利)超過(guò)了ISO, ASTM,AATCC和SAE測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求,并廣泛地運(yùn)用在戶外曝曬測(cè)試中。
5.溫度控制
溫度控制是一個(gè)關(guān)鍵的卻經(jīng)常被忽視的測(cè)試參數(shù)。旋轉(zhuǎn)鼓式和平板型試驗(yàn)箱通常通過(guò)控制黑板溫度來(lái)控制測(cè)試環(huán)境。黑板溫度計(jì)是一塊涂有黑色涂層的金屬面板,它帶有附著在表面的溫度傳感元件,這些元件被稱作“非絕緣黑板”。