四种阳光照射试验方法和测试需求

 当汽车优雅地行驶在路上，你可曾想过，阳光正悄然对它进行一场 “老化挑战”？今天就深入探究神奇的太阳光辐射老化实验。

       在实验室这个 “汽车命运的试炼场”，专业设备全力模拟太阳光的全光谱攻击。汽车零部件宛如勇敢的战士，接受紫外线、可见光和红外线的轮番考验。车漆如同皮肤，在紫外线的侵蚀下，是否会过早出现皱纹（褪色、失光）？塑料内饰则似青春容颜，面对长期光照，能否保持紧致（防止脆化、变形）？电子元件更是心脏大脑，在热辐射下，还能否稳定跳动与思考（维持正常性能）？

目录

01 太阳光辐射试验介绍

1）人工加速试验分类          2）常见术语：黑板温度/黑标温度       （3）光老化测试   

3.1氙灯老化试验     3.2紫外线老化试验    3.3碳弧灯老化试验     3.4金属卤素老化试验

02 太阳光实验评价方法：  1）目视     2)  色差  3）光泽度  。。。

01太阳光辐射试验

（1）人工加速太阳光老化试验 

1.荧光紫外灯老化UV(波长:285nm~400nm)   2.氙灯老化(波长:300nm~800nm)

3.碳弧灯老化(波长: 300nm~700nm)   4.金属卤素灯老化SETH(波长: 300nm~3000nm)

（2）常见术语   

1辐照功率

(辐照度，辐照强度）地面上的单位面积单位时间内接收到的太阳辐射，单位为W/m2@nm；

     辐照功率可以用某一点的辐照强度表示，也可以用某一波段的辐照强度表示，如一个夏天中午太阳光照强度约为0.55W/m2@340nm、1.12W/m2@420nm、575 W/m2@300~800nm。

2辐照量

在一段时间内样品表面单位面积累计接受到的辐照能量，辐照量=辐照功率*辐照时间。

3室内光

采用可减少波长320nm以下光谱辐照度的滤光器模拟透过玻璃滤光后的日光

4室外光

为了模拟直接的自然暴露，辐射光源必须经过过滤，以变提供与地球上的日光相似的光谱能量分布。

5黑标温度

Black-Standard Thermometer (BST）

    又称 绝缘黑板温度insulated black panel temperature ，用绝缘黑板温度计测量试样表面温度的特征值，该温度计由黑色涂漆不锈钢板和嵌入绝缘材料(白色PVDF，聚偏二氟乙烯)的电阻温度传感器组成

6黑板温度

Black-Panel Thermometer（BPT）

又称非绝缘黑面板温度 用非绝缘的黑色面板温度计测量试样表面温度的特征值，该温度计由黑色涂漆的不锈钢面板和附加的电阻温度传感器组成

☆BPT和BST二取一即可。一般BST比BPT大10%左右        ☆BST主要用于测量绝热性能材料的表面温度

（3）光老化测试   

3.1氙灯老化试验3.2紫外线老化试验3.3碳弧灯老化试验3.4金属卤素老化试验

3.1氙灯老化试验

1989年，汽车工程协会 (SAE)发布了，两项汽车材料耐候性测试标准。
J1960“水冷式氙灯汽车外饰件加速暴露测试”
SAE J1885 “水冷式氙灯汽车内饰件加速暴露测试”
当时，SAE J1960和J1885有利于汽车制造商统一测试条件。
汽车工业在许多领域**世界，但在采用以性能为基础的老化测试标准方面却很滞后。
在20世纪 90年代后期.SAE协会开始认识到老化测试标准中这一缺陷，*终发布了以下3个新的老化标准。
SAE J2527“氙灯汽车外饰件加速暴露测试”，取代J1960, 2003年10月发布。
SAE J2412“氙灯汽车内饰件加速暴露测试”，取代J1885，2004年2月发布。
SAE J2413"检验新的氙灯测试设备性能的方法”，一种验证氙灯老化设备能否运行某一指定的加速暴露测试程序的方法，于2003年1 2 月发布。
新的以性能为基础的老化标准和旧的以硬件为基础的标准之间的主要差别是，删除了所有指定生产商的内容，测试标准中涉及到生产商商标名称的部分被通用的定义所取代。

※原理

氙灯老化试验在紫外区和可见区的光谱能量分布与太阳光的光谱能量分布近似，氙灯发出的辐射经过滤光器，过滤掉波长290nm以下较短的紫外光波和波长1200nm以上的红外光波使到达试样表面的光谱接近太阳光的光谱。

※目的

为了使试样在经受一定的暴露辐射能后，加速模拟光长期暴露作用的加速试验，以获得材料耐候性的结果。

氙灯:SETH赛思氙灯老化试验箱模拟造成材料老化的主要因素：阳光和潮湿。

 根据氙灯灯管的位置不同，分如下种：

由于未经过滤的氙灯发出的光中包括很多短波紫外线，与地球表面的实际太阳光谱差异较大。因此氙灯耐候老化试验箱通过使用几种不同的过滤器(也称滤光片，滤光器)，降低不需要的辐射从而得到合适的光谱分布。

日光过滤器日光滤光器用来模拟户外直射阳光。它与大多数的户外应用环境具有*佳的相关性。

   由于未经过滤的氙灯发出的光中包括很多短波紫外线，与地球表面的实际太阳光谱差异较大。因此氙灯耐候老化试验箱通过使用几种不同的过滤器(也称滤光片，滤光器)，降低不需要的辐射从而得到合适的光谱分布。

日光过滤器日光滤光器用来模拟户外直射阳光。它与大多数的户外应用环境具有*佳的相关性。

窗玻璃滤光器模拟窗玻璃透射阳光。该光谱还可模拟一些室内照明，如典型的商业或办公场所的光照环境。

紫外延展过滤器紫外延展滤光器允许在自然太阳光正常截止点以下的紫外光通过。该滤光器用于更快更严酷的测试条件。

常用氙弧灯标准

● ISO 4892-2:2013 塑料-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯

● ISO 16474-2:2013色漆和清漆-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯

● GB/T 16422.2-2022 塑料-实验室光源暴露试验方法 第2部分:氙灯

● GB/T 16259-2008 建筑材料人工气候加速老化试验方法

● GB/T 1865-2009 色漆与清漆 人工气候老化和人工辐射暴露滤过的氙弧辐射

● ASTM G155-21 非金属材料曝晒用氙弧灯设备操作规程

3.2紫外线老化试验

荧光紫外灯：一种人造光源来模拟太阳的紫光波段发射400nm以下紫外光的能量至少占总输出光能80%的光源波长范围：280 – 400nm

灯管类型：所有类型的灯管都发出紫外光而不是红外光或可见光。

UVA：长波紫外灯，比较接近真实的户外老化，波长范围为315-400nm

UVA-340：模拟户外自然老化，使用率*高的灯管

UVA-351：模拟透过玻璃窗户的太阳光的紫外线，室内产品的老化。

UVB: 短波紫外灯，辐射波长较短的非自然短波紫外线，波长范围为280-315nm

UVB-313：条件*为严苛，仅用于耐久性(屋顶材料/外用涂层)的测试

QFS-40（F40 UVB）汽车用外饰油漆

紫外老化试验有光照、冷凝和喷淋三种模式。

光照阶段用于模拟自然环境中的白天，光照时可以控制光照强度、温度；

冷凝阶段用于模拟夜晚样品表面结露的现象，冷凝阶段关闭紫外灯（黑暗状态），只控制试验温度；

※    紫外老化测试是评估新材料耐紫外光照性能的测试方法，通常是在实验室中通过紫外加速老化试验箱进行测试。在短时间内（几周或几个月）,通过紫外老化试验能够获得可再现的、可靠的老化测试数据；其短波长紫外光照和冷凝循环系统可逼真地模拟阳光、露水和雨水等对材料的破坏作用。

     UVB-313灯管能产生短波紫外线，能够比UVA灯更快地使材料老化，从而达到加速老化的目的，广泛应用于耐久性材料的快速、节省时间的测试。

● ASTM G154-16非金属材料的人工荧光紫外灯老化

● ISO 16474-3:21色漆和清漆 实验室光源暴露方法 第3部分：荧光紫外灯

     区别在于其碳棒中含有某种特殊的金属元素，故发出的光谱能量较为接近日光。但短波紫外线太强，地球表面的太阳光里又没有，破坏加速了，与真实环境不符，并且长波紫外线和可见光与日光相差仍较大，所以运用的并不广泛。

3.4金属卤素老化试验SETH赛思
※金属卤素灯老化试验箱SETH赛思的光谱能量分布与地球表面接收到的太阳光很相似，尤其是对红外区域的模拟性很好，优于其他几种常见光源。
 金属卤素灯是一种气体放电灯，利用金属卤化物通电可以提供与直射和散射非常相似的光谱能量的分布，通过对多个放射光源一定的放置方式，可以产生单一的照射光源效果，一般用于汽车整车、汽车零部件、大型电工电子设备的人工光老化试验。

常用金属卤素灯标准

1、GJB150.7-86      太阳辐射试验

2、GJB150A.7-2009  太阳辐射试验

3、IEC60068-2-5     试验Sa：地面太阳辐射模拟

4、GB2423.24       试验Sa：模拟地面上的太阳辐射

5、DIN75220        汽车构件在阳光模拟装置中的 变化

6、MIL-STD 810G    环境工程相关事项及实验室测试

常见缺陷:

1、起泡:表面封闭的突起区域;

2、变色:材料表面颜色随时间变化变浅;

3、裂化或裂纹:材料表面可见的微裂或暴露出原底层的碎裂;

4、瑕疵:降解导致的材料表面或内部的不规则现象;

5、白化:表面的一种老化现象,表现为全部或同部变白。