碳弧燈老化：詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求全解析
在材料研究與產(chǎn)品質(zhì)量把控領(lǐng)域，碳弧燈老化測(cè)試作為評(píng)估材料耐候性的重要手段，備受關(guān)注。隨著各行業(yè)對(duì)材料耐久性要求的提升，明晰其詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求至關(guān)重要。
一、碳弧燈老化測(cè)試基礎(chǔ)認(rèn)知
碳弧燈老化測(cè)試通過(guò)模擬自然陽(yáng)光中的紫外線、可見(jiàn)光及部分紅外線輻射，結(jié)合溫度、濕度、噴淋等環(huán)境因素，加速材料在長(zhǎng)期光照和復(fù)雜氣候下的老化進(jìn)程，從而預(yù)測(cè)其實(shí)際使用壽命與性能變化。該測(cè)試主要設(shè)備包含碳弧燈光源、溫濕度控制系統(tǒng)、噴淋裝置、樣品支架等。其中，碳弧燈光源又分封閉式與開(kāi)放式。封閉式碳棒電弧封閉在玻璃球中，光譜能量分布與自然光有較大差異，早期多用于紡織品耐光性測(cè)試；開(kāi)放式則具有不同的光譜特性與適用場(chǎng)景 。
二、核心技術(shù)要求
（一）光譜范圍
光譜范圍直接影響測(cè)試效果。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)試需覆蓋 280 - 700nm 波段，此范圍含短波紫外線，相比氙燈等光源更為嚴(yán)苛。例如在評(píng)估塑料材料因短波紫外線引發(fā)的脆化現(xiàn)象時(shí)，該光譜范圍能有效加速老化過(guò)程，凸顯材料問(wèn)題 。
（二）輻照強(qiáng)度
輻照強(qiáng)度是控制老化速率的關(guān)鍵參數(shù)。通常要求在 340nm 波長(zhǎng)處，輻照強(qiáng)度維持在 0.35W/m2 ，且允許 ±5% 的偏差。如在汽車外飾件的碳弧燈老化測(cè)試中，精準(zhǔn)的輻照強(qiáng)度能模擬其在戶外真實(shí)環(huán)境下受陽(yáng)光照射的強(qiáng)度，保證測(cè)試結(jié)果與實(shí)際使用情況的相關(guān)性 。
（三）溫濕度條件
溫度：以黑板溫度作為關(guān)鍵參考，常控制在 63℃±3℃ 。黑板溫度模擬材料表面因吸收光輻射而產(chǎn)生的溫度，該溫度下材料熱降解與光氧化反應(yīng)協(xié)同作用，加速老化。在建筑涂料的碳弧燈老化測(cè)試中，穩(wěn)定的黑板溫度可確保測(cè)試結(jié)果能準(zhǔn)確反映涂料在戶外高溫環(huán)境下的耐候性能 。
濕度：相對(duì)濕度一般控制在 50%±5%。合適的濕度環(huán)境能模擬潮濕氣候條件，加速材料的水解、霉變等老化反應(yīng)。比如在對(duì)戶外紡織品進(jìn)行碳弧燈老化測(cè)試時(shí)，恰當(dāng)?shù)臐穸瓤刂朴兄谠u(píng)估其在雨天或高濕度環(huán)境下的耐久性 。
（四）噴淋周期
噴淋模擬自然降雨，沖刷材料表面老化產(chǎn)物，加速進(jìn)一步老化。常見(jiàn)噴淋周期為每 120 分鐘光照后，進(jìn)行 18 分鐘噴淋。例如在戶外塑料制品的碳弧燈老化測(cè)試中，合理的噴淋周期可模擬其在實(shí)際使用中經(jīng)受雨水沖刷的場(chǎng)景，更全面地評(píng)估材料性能 。
三、國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)解讀
（一）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
ASTM 標(biāo)準(zhǔn)
ASTM G152 - 2022《非金屬材料碳弧燈老化測(cè)試》：提供了碳弧燈測(cè)試詳細(xì)的設(shè)備要求，如對(duì)碳弧燈的類型、濾光器規(guī)格等作出規(guī)定；明確了參數(shù)設(shè)置，包括輻照強(qiáng)度、溫度、濕度等關(guān)鍵數(shù)值；還給出數(shù)據(jù)解讀指南，指導(dǎo)如何分析測(cè)試結(jié)果以評(píng)估材料耐候性 。
ASTM D5031 - 2023《封閉式碳弧燈涂料加速老化測(cè)試》：針對(duì)涂料及相關(guān)涂層耐候性測(cè)試，規(guī)定使用封閉式碳弧燈設(shè)備。更新內(nèi)容涵蓋光源類型需符合 G153 規(guī)范，黑標(biāo)溫度控制在 63±2.5°C（連續(xù)光照階段），相對(duì)濕度 50±10%（非噴淋階段），詳細(xì)規(guī)定 6 種測(cè)試循環(huán)，如 Cycle No.1 為 102 分鐘純光照（63°C 黑標(biāo)溫度），隨后 18 分鐘光照 + 噴淋（38°C），且噴淋水壓保持 0.12 - 0.14MPa 。
ISO 標(biāo)準(zhǔn)： **ISO 4892 - 4：2004《塑料實(shí)驗(yàn)室光源曝露試驗(yàn)方法》** 與我國(guó) GB/T 16422.4 接軌，規(guī)定開(kāi)放式碳弧燈的輻照強(qiáng)度、溫度及濕度條件，適用于塑料材料在開(kāi)放式碳弧燈下的老化測(cè)試條件、參數(shù)及評(píng)估方法 。
JIS 標(biāo)準(zhǔn)： **JIS D 0205：1987《汽車零部件耐候性測(cè)試》** 適用于日本汽車行業(yè)，要求樣品在陽(yáng)光型碳弧燈下模擬戶外環(huán)境，對(duì)汽車零部件如車漆、內(nèi)飾件、密封條、橡膠部件等進(jìn)行耐候性測(cè)試 。
（二）國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 16422.4 - 2014《塑料人工氣候老化試驗(yàn)方法（開(kāi)放式碳弧燈）》：規(guī)定塑料材料在開(kāi)放式碳弧燈下的老化測(cè)試條件、參數(shù)及評(píng)估方法。碳弧燈光源由上下碳棒間碳弧構(gòu)成，碳弧光經(jīng)濾光后輻射到試件表面，隨著濾光器使用時(shí)間增加，需定時(shí)清洗和更換 。
GB/T 14522《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗(yàn)方法 熒光紫外燈》：雖主要針對(duì)熒光紫外燈，但在碳弧燈老化測(cè)試方面，與 ASTM G152 等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)存在差異。例如 ASTM G152 采用連續(xù)輻照模式，輻照度固定 550W/m2；而 GB/T 14522 允許周期循環(huán)，包含黑暗階段，濕度控制范圍更寬 。
四、測(cè)試流程中的標(biāo)準(zhǔn)遵循
（一）樣品準(zhǔn)備
依據(jù)材料類型與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，選擇具有代表性的樣品，如塑料、涂料、橡膠、紡織品等，并確保其尺寸、形狀符合要求。例如在塑料薄膜碳弧燈老化測(cè)試中，需按照 GB/T 16422.3 - 2014 標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備合適尺寸的薄膜樣品 。
對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，清洗表面雜質(zhì)、干燥，消除可能影響測(cè)試結(jié)果的表面污染。如對(duì)汽車涂料樣品，需嚴(yán)格清洗，保證表面無(wú)油污、灰塵等，以免干擾老化測(cè)試效果 。
（二）設(shè)備校準(zhǔn)
每次測(cè)試前，全面檢查碳弧燈、溫濕度控制系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。例如檢查碳弧燈碳棒損耗情況，確保其能正常發(fā)光且光譜穩(wěn)定；校驗(yàn)溫濕度傳感器準(zhǔn)確性，保證測(cè)試環(huán)境溫濕度符合標(biāo)準(zhǔn)要求 。
嚴(yán)格按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，如 ASTM G152、GB/T 16422.4 等，設(shè)定輻照強(qiáng)度、溫度、濕度、噴淋周期等參數(shù)，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)要求一致 。
（三）測(cè)試實(shí)施
將樣品穩(wěn)固固定在轉(zhuǎn)盤支架或樣品架上，保證樣品均勻受光，避免相互遮擋。如在對(duì)多個(gè)小型塑料樣品進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需合理排列在樣品架上，使每個(gè)樣品都能接收到相同強(qiáng)度的光照 。
啟動(dòng)試驗(yàn)箱，按照預(yù)設(shè)周期，如光照 + 冷凝循環(huán)、光照 + 噴淋循環(huán)等運(yùn)行。實(shí)時(shí)監(jiān)控輻照強(qiáng)度、溫度、濕度等關(guān)鍵參數(shù)，確保在測(cè)試過(guò)程中參數(shù)穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi) 。
（四）結(jié)果評(píng)價(jià)
外觀評(píng)價(jià)：通過(guò)肉眼或顯微鏡觀察樣品是否出現(xiàn)開(kāi)裂、鼓泡、粉化、變色等現(xiàn)象。例如在建筑外墻涂料碳弧燈老化測(cè)試后，觀察涂層表面是否有裂紋產(chǎn)生，若出現(xiàn)裂紋，則表明涂料耐候性可能存在問(wèn)題 。
色差測(cè)試：使用色差儀測(cè)量樣品老化前后的 ΔE 值，一般 ΔE＜1.5 視為顏色變化在合格范圍內(nèi)。如汽車內(nèi)飾紡織品經(jīng)碳弧燈老化測(cè)試后，通過(guò)色差儀檢測(cè)其顏色變化，判斷其在光照下的顏色穩(wěn)定性 。
力學(xué)性能測(cè)試：測(cè)試?yán)鞆?qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能指標(biāo)，計(jì)算性能保留率，通常保留率＞80% 判定為合格。在橡膠材料碳弧燈老化測(cè)試中，通過(guò)對(duì)比老化前后拉伸強(qiáng)度，評(píng)估橡膠在老化環(huán)境下的力學(xué)性能保持情況 。
化學(xué)結(jié)構(gòu)分析：利用 FTIR（傅里葉變換紅外光譜）等技術(shù)分析材料氧化程度，如檢測(cè)羰基含量變化。在塑料材料老化測(cè)試中，通過(guò) FTIR 分析老化后塑料分子結(jié)構(gòu)中羰基含量增加情況，判斷其氧化降解程度 。
碳弧燈老化測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求緊密關(guān)聯(lián)，從測(cè)試原理、技術(shù)參數(shù)設(shè)定，到遵循國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展測(cè)試流程與結(jié)果評(píng)價(jià)，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估材料耐候性至關(guān)重要。各行業(yè)在應(yīng)用該測(cè)試方法時(shí)，需嚴(yán)格按照對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求執(zhí)行，以獲取可靠、可比的測(cè)試結(jié)果，為材料研發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量提升提供有力支撐 。