常見的人工光老化試驗方法

熒光紫外燈

熒光紫外線燈可以使很多產(chǎn)品加速損壞。由于它所產(chǎn)生的光照存在地球表面，而且是自然日光中沒有的輻射能量，所以熒光裝置可能引發(fā)非自然的破壞。另外，由于沒有較長波長的光譜能量，對較長波長的UV能量敏感的材料可能不會像曝曬在自然日光下那樣變化。鑒于熒光紫外線燈的這些特征，適宜作為一個紫外篩選裝置，在質(zhì)量控制中使用。常見的UV燈管有UVA-340, UVA-351, UVB-313等三種類型較多。其中，UVA-340最為接近自然光的紫外光部分，波長在315nm-400nm之間，模擬狀態(tài)最之好。其次，UVB-313燈管的紫外光部分強于自然光部分，波長在280nm-315nm之間，并且含有部分自然光中基本沒有的短波紫外光，所以UVB-313比較適用于對比試驗。

碳弧燈

封閉式碳弧燈是1918年首先使用在紡織品曝曬色牢度試驗。碳電極的成分，決定其光譜能量分布SPD。其主要能量集中在3個很窄的波帶中。光譜上與日光燈存在較大的差異。

開放式碳弧燈（日光碳弧燈）

最之早始于1933年，主要用于涂料工業(yè)中。其碳棒成分的改變，是光譜能量分布（SPD）在模擬日光方面有明顯的改進。但與日光的SPD相比，在350nm和500nm之間差別很大。

金屬鹵素燈

金屬鹵素燈是一種利用金屬鹵化物通電實現(xiàn)的氣體放電燈。MIL-STD-810F中描述該種光源“為要求關注熱效應的試驗提供了一種很好的光源”。金屬鹵素燈的光譜能量分布與地球表面接收到的太陽光很相似，油漆對紅外區(qū)域的模擬性，控制黑板（非絕緣黑板）溫度、黑標（絕緣黑板）溫度，試驗箱內(nèi)溫度來控制試驗條件中的溫度條件。各標準一般會在試驗條件中對其中一種或兩種溫度提出要求。

常見的人工光老化試驗方法

1. 熒光紫外燈：熒光紫外燈可以使許多產(chǎn)品加速損壞。由于它所產(chǎn)生的光照存在地球表面，而且是自然日光中沒有的輻射能量，所以熒光裝置可能引發(fā)非自然的破壞。另外， 由于沒有較長波長的光譜能量， 對較長波長的UV 能量敏感的材料可能不會像曝曬在自然日光下那樣變化。鑒于熒光紫外燈的這些特征， 適宜作為一個紫外篩選裝置， 在質(zhì)量控制中使用。常用的UV 燈管有UVA-340， UVA-351， UVB-313等幾種類型。其中， UVA-340 最為接近自然光的紫外光部分，波長在315nm-400nm之間， 模擬狀況最之好； UVB-313 燈管的紫外光部分強于自然光紫外部分， 波長在280nm-315nm之間并且含有部分自然光中基本沒有的短波紫外光， 所以UVB-313 比較適用于對比試驗。

2. 碳弧燈：封閉式碳弧燈 1918年首先使用在紡織品曝曬色牢度試驗。碳電極的成分，決定其光譜能量分布（SPD）。其主要能量集中在3個很窄的波帶中，光譜上與日光燈存在較大的差異。

3. 開放式碳弧燈（日光碳弧燈）：最之早始于1933年，主要用于涂料工業(yè)中。其碳棒成分的改變，使SPD在模擬日光方面有明顯的改進。但與日光的SPD相比，在350nm和500nm之間差別很大。

4. 金屬鹵素燈：金屬鹵素燈是一種利用金屬鹵化物通電實現(xiàn)的氣體放電燈。MIL-STD-810F 中描述該種光源“為要求關注熱效應的試驗提供了一種很好的光源”。金屬鹵素燈的光譜能量分布與地球表面接收到的太陽光很相似，尤其對紅外區(qū)域的模擬性，控制黑板(非絕緣黑板) 溫度、黑標(絕緣黑板)溫度、試驗箱內(nèi)溫度來控制試驗條件中的溫度條件。各標準一般會在試驗條件中對其中一種或兩種溫度提出要求。

GB/T2423.3-2006 《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分 試驗方法 試驗Cab 恒定濕熱試驗》 恒溫恒濕試驗箱試驗的嚴酷等級由試驗持續(xù)時間、溫度、相對濕試驗共同決定。除非相關規(guī)范規(guī)定，試驗的溫度、相對濕度應從下面的組合中選擇： 

1、溫度：30±2℃ 相對濕度：93±3%RH --Temperature: 30±2℃, relative humidity: 93±3%RH

2、溫度：30±2℃ 相對濕度：85±3%RH-Temperature: 30±2℃, relative humidity: 85±3%RH 

3、溫度：40±2℃ 相對濕度：93±3%RH-Temperature: 40±2℃, relative humidity: 93±3%RH

4、溫度：40±2℃ 相對濕度：85±3%RH-Temperature: 40±2℃, relative humidity: 85±3%RH

推薦的持續(xù)時間為：12h、16h、24h、和2天、4天、10天、21天或56天. 考慮到測試時的絕之對誤差、溫度漸變以及工作空間內(nèi)的溫差，本部分規(guī)定的溫度容差為±2K。為了維持恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的相對濕度在規(guī)定的容差范圍內(nèi)，必須保持恒溫恒濕試驗箱內(nèi)的任意兩點在任何時間內(nèi)其溫度差異盡可能的小。若溫差超過1K，則不能達到所需的濕度條件。短期的溫度波動也必須保持在±0.5K范圍內(nèi)以維持所要求的濕度條件。

陽光中紫外線是照成產(chǎn)品光降解和光老化的主要原因，因此新產(chǎn)品和新材料的選擇必須進行產(chǎn)品的耐候性能測試。紫外線老化測試是評估新產(chǎn)品耐紫外線光照性能的一類測試方法，通常是在實驗室中通過紫外加速老化試驗箱進行測試。

需要進行耐紫外線老化測試的產(chǎn)品以及材料主要有：非金屬材料、有機材料(例如：涂料、油漆、染料、布料、印刷包裝、粘合劑、化妝品、金屬、電子、電鍍、橡膠、塑膠及其制品等)。以下是部分行業(yè)的紫外老化試驗標準。

通用標準

• ISO 4892-1 塑料-實驗室光源暴露方法-第1部分：概述

• ASTM G-151 非金屬材料暴露于使用實驗室光源的加速測試設備中的測試方法標準

• ASTM G-154 非金屬材料暴露于熒光設備的紫外線中的測試方法標準

• 英國標準BS 2782:第 5 部分 540B方法(實驗室光源的暴露方法)

• SAE J2020 用熒光紫外/冷凝設備對汽車外飾件進行加速暴露測試

• JIS D 0205 汽車配件的老化測試方法(日本)

塑料標準

• ISO 4892 塑料-實驗室光源暴露法-第3部分: 熒光紫外燈

• DIN 53 384 塑料的測試，人工老化和人造光暴露

• 西班牙標準　UNE53.104(暴露于模擬太陽光的塑料材料的穩(wěn)定性)

• 以色列標準 NO.385 塑料窗

• JIS K7350 塑料-實驗室光源暴露方法-第 3 部分：熒光紫外燈

• ASTM D-1248 用于電線和電纜的聚乙烯塑料擠出材料的標準規(guī)范

• ASTM D-4329 塑料的光照/凝露環(huán)境暴露的標準規(guī)范

• ASTM D-4674 暴露于室內(nèi)熒光或經(jīng)窗玻璃透射的日光下的塑料顏色穩(wěn)定性加速測試方法

• ASTM D-5208 光降解塑料的暴露測試規(guī)范

• ASTM D-6662 聚烯烴基塑料木塑甲板規(guī)范

• ANSI C57.12.28 基座式外殼完整性的加速老化測試

• ANSI A14.5 便攜式強化塑料梯子的加速老化規(guī)范

• Edison 電子協(xié)會 基座式外殼完整性的加速老化測試

• 聚乙烯標識的 Wisconsin 電子能量規(guī)范

屋面材料標準

• 英國標準 BS 903：A54 部分附錄 A 和 D 硫化橡膠的測試方法

• CGSB-37.54-M 聚氯乙烯屋面材料和防水卷材的加拿大通用標準規(guī)范

• DIN EN 534 瀝青波紋板

• EOTA TR 010 人工老化暴露測試

• RMA 增強型非硫化氯磺化聚乙烯屋面用卷材測試規(guī)范

• ASTM D-4799 瀝青屋面材料的加速老化測試方法

• ASTM D-4811 用于屋面材料的非硫化橡膠卷材的加速老化測試方法

• ASTM D-3105 人造橡膠和塑料的屋面材料和防水材料測試方法

• ASTM D-4434 聚氯乙烯防水卷材標準規(guī)范

• ASTM D5019 用于屋面卷材的增強型非硫化聚合片材的規(guī)范

• ANSI/RMA IPR-1-1990 用作屋面卷材的非增強型黑色三元乙丙橡膠的規(guī)范

• ANSI/RMA IPR-2-1990 用作屋面卷材的纖維增強型黑色三元乙丙橡膠的規(guī)范

• ANSI/RMA IPR-5-1990 用作屋面卷材的非增強型非黑色三元乙丙橡膠的規(guī)范

• ANSI/RMA IPR-6-1990 用作屋面卷材的纖維增強非黑色三元乙丙橡膠的規(guī)范

• 印刷油墨標準

• ASTM F1945 測定暴露于室內(nèi)熒光照明下的噴墨打印品的耐光色牢度測試

• 粘合劑和密封膠

• 西班牙標準 UNE104-281-88 熒光紫外燈用于油漆和粘合劑加速測試

• ASTM C1501 建筑物密封材料顏色穩(wěn)定性的實驗室加速老化測試方法

• ASTM C-1184 結構硅密封膠測試

• ASTM C-1442 使用人工老化儀器對密封膠進行測試規(guī)范

• ASTM D-904 粘合劑在人造光下的暴露方法

• ASTM D-5215 乙烯基地板用膠粘劑著色的儀器評定的試驗方法

• 美國膠合板協(xié)會 合成修補材料認可測試程序，第 6 部分

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紡織品標準

• AATCC 測試方法186“抗老化：紫外光和潮濕暴露”

• ACFFA 涂有乙烯聚酯纖維涂層的色牢度測試方法

• GB/T 31899-2015《紡織品 耐候性試驗 紫外光曝曬》

• GB/T18830-2009紡織品 防紫外線性能的評定

• GB/T23147-2008 晴雨傘質(zhì)檢標準

• AATCC 183  BS 7914  BS EN 13758  AS/NZS 4399：1996紡織品抗紫外線輻射性能

• BS EN 13758-1-2002 紡織品.太陽紫外線防護特性.外衣用織物的試驗方法

• BS EN 13758-2：2003  紡織品 - 太陽能紫外線防護性能 - 第2部分：服裝的分類和標記

涂料標準

• 韓國標準 M 5982-1990 加速老化測試方法

• 西班牙標準 UNE 104-281-88 用熒光紫外燈對油漆和粘合劑進行加速測試

• 以色利標準 NO.330 鋼窗

• 以色利標準 NO.385 塑料窗

• 以色利標準 NO.935 路標油漆

• NISSAN M0007 熒光紫外/冷凝試驗

• JIS K 5600-7-8 油漆的測試方法

• ASTM D-3794 卷材涂料測試標準

• ASTM D-4587 油漆的光照/凝露環(huán)境暴露的標準實施規(guī)范

• ISO 11507 色漆和清漆-涂層暴露于人工老化環(huán)境-暴露在熒光紫外線和凝露環(huán)境中

• ISO 20340 色漆和清漆-用于近海建筑及相關結構的防護涂料系統(tǒng)的性能要求

• 美國政府標準 FED-STD-141B

• 美國聯(lián)邦政府規(guī)范 TT-E-489H 磁漆，醇酸樹酯，高光澤，低VOC

• 美國聯(lián)邦政府規(guī)范 TT-E-527D 磁漆，醇酸樹酯，無光澤，低VOC

• 美國聯(lián)邦政府規(guī)范 TT-E-529G 磁漆，醇酸樹酯，半光澤，低VOC

• 美國聯(lián)邦政府規(guī)范 TT-P-19D 油漆，乳膠，丙烯酸乳液，木材和建筑外立面

• NACE標準TM-01-84 大氣表面涂層的篩選方法

• GM4367M 面漆層材料-外飾

• GM9125P 汽車材料的實驗室加速暴露

• MS 133：F16部分 色漆和清漆的測試方法：F16 部分：涂料暴露于人工老化環(huán)境-

• 暴露于熒光紫外線和凝露環(huán)境(ISO 11507)

• prEN 927-6 色漆和清漆-戶外木器涂層材料和涂層體系-第 6 部分：.

• 木器涂層的熒光紫外線/凝露環(huán)境的人工老化測試。

• NBR-15.380 建筑涂料-非工業(yè)建筑

45°向南

　　這個角度被視為典型的戶外暴曬角度，也是很多工廠選擇的角度。廣泛用于材料沒有選擇確定的曝曬角度。

5°向南

這個曝曬角度是汽車產(chǎn)品或者其他明確這個角度的材料使用的曝曬角度，或者被視為接近水平角度來使用。這個小的傾斜角允許降雨的水分停留在樣品表面上。由于會接收到更多年度的太陽輻射，這個傾斜角度對比45°測試會更加嚴酷。特別是夏天的幾個月，由于溫度升高，這些作用會增強。并且5°傾斜角會比45°傾斜角收集到更多的凝露，水分停留的時間也會更長。

0°(水平面)

　　水平曝曬很少用于平面的樣品或者樣板，因為輕微的5°傾角可以讓水流走。然而，這個角度對于很多的三維樣品與零部件是有用的。這種曝曬角度也用于一些需要積水的材料，如屋頂材料。

緯度角

　　北緯25°是佛羅里達州試驗場的位置。北緯34°是亞利桑那州試驗場的位置。這種角度就叫做緯度角，用于最大限度地提高太陽輻照強度。緯度角也被廣泛用于太陽能裝置，如太陽弄加熱器。

90°向南

　　這個垂直固定角度最通常用于建筑涂層。垂直的曝曬角度會大大降低太陽輻射、降低曝曬溫度和減少潮濕時間。

Q-Lab佛羅里達是世界上z大的戶外老化測試中心。Q-Lab佛羅里達位于邁阿密的南部，佛羅里達州南端，那里是美國大陸真正的亞熱帶地區(qū)。Q-Lab佛羅里達提供自然戶外曝曬測試、加速實驗室測試和樣品評估服務這些商業(yè)測試服務已獲得ISO 17025認證。

為什么選擇佛羅里達？

佛羅里達是國際認可的基準戶外曝曬測試場。佛羅里達州的亞熱帶老化曝曬不僅是真實的，也是加速的。佛羅里達州一年的陽光可產(chǎn)生在其他地方進行好幾年的老化。我們的佛羅里達測試場陽光輻照強度大, 每年的紫外線強、全年高溫、雨量充沛且濕度高。

正是這種紫外線、濕度和高溫的協(xié)同效應使邁阿密成為戶外環(huán)境中測試材料耐久性的理想之地。

這種陽光充足、潮濕和溫暖的JI端氣候已證明對某些類型的測試特別有用，包括：

• 顏色變化、褪色和光澤損失

• 開裂、剝落、粉化和起泡

• 機械的強度損失和物理降解

• 濕度敏感性產(chǎn)品如涂料、建筑材料、以及一些塑料

• 生物降解，包括霉、霉菌、真菌和藻類

• 加速腐蝕測試

    光伏背板是光伏組件中重要組成部分，起著保護、絕緣、阻隔水汽等作用，它的好壞直接決定光伏電池的使用壽命以及轉化效率。然而光伏背板作為光伏組件的最外層材料，在實際使用過程中會受到環(huán)境因素如光、熱、氧、液體介質(zhì)等作用使材料發(fā)生老化，進而影響其使用性能。目前業(yè)內(nèi)對光伏組件的使用壽命要求為25年，這就要求光伏背板需提供持續(xù)保障，因此，人們設計出一些加速老化試驗方法如濕熱加速老化試驗、紫外加速老化試驗和高低溫老化試驗等，在短時間內(nèi)模擬戶外的老化情況，以此考察背板的耐老化性能。

      目前，對背板老化性能的評測主要是通過單一不同的加速老化試驗方法考察背板相應的耐老化性能，例如采用濕熱加速老化試驗進行2000 h 或3000 h 的老化試驗來模擬背板在戶外抵抗?jié)駸崂匣那闆r。本文主要選用3 款不同廠家、不同型號的背板( A、B、C) ，分別進行單一加速老化試驗以及不同組合的序列老化試驗，比較、分析不同老化試驗后背板材料的老化情況。

1 試驗

      1. 1 試驗材料與儀器

      1. 1. 1 試驗材料

      光伏背板: 市場主流的3 款不同廠家不同型號的背板，分別為背板A、背板B 和背板C。

      1. 1. 2 試驗儀器

      紫外老化試驗箱; 恒溫恒濕試驗箱; 高低溫交變箱; 色差儀。

      1. 2 單一加速老化試驗

      1. 2. 1 紫外老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入紫外老化試驗箱中進行老化(UV)，照射面為空氣面，試驗條件為: 溫度60℃，累積輻照量為180kWh /m2 ( 其中UVA約為93%，UVB為7%) 。

      1. 2. 2 濕熱老化試驗

      將背板A、背板B 和背板C 放入恒溫恒濕老化箱中進行老化( DH) ，試驗條件為: 溫度( 85 ± 2) ℃，濕度( 85±5) %，累積老化時間為3000h。

      1. 2. 3 冷熱循環(huán)老化試驗

      將背板A、背板B和背板C放入高低溫交變箱中進行老化( TC) ，試驗條件為在溫度－40～85℃的條件下進行高低溫交變試驗，其中要求在-40℃和85℃的溫度下至少保持10min，溫變速率不超過100℃/h，一次循環(huán)周期不超過6h，共進行300個循環(huán)周期。

      1. 3 不同序列老化試驗

      設計了3 組不同序列老化試驗，具體如表1所示。

      將背板A、背板B和背板C分別按上述3組序列老化試驗進行老化。

      1. 4 黃色指數(shù)測試

      采用色差儀對老化前后背板空氣面及EVA 粘結面的黃色指數(shù)進行測試，計算老化前后背板材料的黃變。

2 結果與分析

      高分子材料在使用過程中，會因受到光、熱、氧、水分等環(huán)境因素的作用而老化，導致其結構和性能發(fā)生變化，甚至失去其優(yōu)良的使用價值。在發(fā)生老化的過程中，高分子材料會伴隨顏色發(fā)黃的現(xiàn)象，即黃變。所以黃變不僅影響高分子材料的外觀，而且還是其結構與性能發(fā)生變化的重要信號，所以本文通過測定老化前后背板材料的黃色指數(shù)比較不同老化方式對背板材料老化的影響。

      經(jīng)單一加速老化試驗后背板材料的黃色指數(shù)變化情況如圖1 所示。

圖1 單一加速老化試驗后背板黃變

      從圖1 可以看出，在三種不同單一加速老化試驗中，濕熱老化對背板材料影響相對較大; 根據(jù)背板國標GB /T 31034 － 2014，每項單一加速老化試驗項目均嚴于國標要求，且三款不同背板產(chǎn)品經(jīng)不同加嚴老化測試后，其黃變指數(shù)變化范圍均小于3，符合國標要求。

      圖2 為經(jīng)序列老化試驗一、序列老化試驗二、序列老化試驗三后背板外觀的黃變情況。

      圖3 為序列老化試驗一、試驗二和試驗三后背板材料的黃色指數(shù)變化情況。

圖3 序列老化試驗后背板黃變

      從圖2、圖3可以看出，不同廠家的背板經(jīng)不同的序列老化試驗后外觀黃變情況出現(xiàn)明顯差異。A背板雙面及B背板空氣面經(jīng)不同序列老化試驗后背板的外觀良好; B 背板EVA 粘結面經(jīng)序列老化試驗三后外觀黃變嚴重; C 背板空氣面經(jīng)序列老化試驗二、試驗三后外觀黃變嚴重，EVA 粘結面經(jīng)序列老化試驗一、試驗三后外觀黃變嚴重。

      通過本次試驗發(fā)現(xiàn)，雖然單一加速老化試驗的試驗強度較大，但三款背板均能通過測試，而在不同的序列老化試驗中，每項老化測試的強度僅為單一加速老化試驗強度的1 /3 或不足1 /3，但疊加后卻使不同的背板材料發(fā)生不同程度的老化黃變，區(qū)分出三款背板耐老化性能的優(yōu)劣。這主要是當進行單一老化試驗時，如UV 老化，在紫外光照射下，高分子材料中的大分子鏈會產(chǎn)生斷鍵或交聯(lián)而導致材料降解，但高分子結構對紫外光的吸收速度較小，而且多數(shù)背板材料中會添加TiO2作為光屏蔽劑，它能反射或吸收紫外光，阻止紫外光深入聚合物內(nèi)部，從而使聚合物得到保護，這就使得一些背板材料在紫外光的照射下老化程度較低，耐UV 老化性能較好。但進行序列老化試驗時，當經(jīng)紫外光輻照后，發(fā)生光降解的部分會產(chǎn)生一定的親水基團，在隨后進行的濕熱老化試驗中，這些親水基團會促進材料原有的水降解反應，同時溫度的變化會影響高分子鏈的熱運動，還會影響高分子材料中添加劑的擴散速度，從而影響其老化降解速度。而且每種材料的結構、成分也不盡相同，故對不同的序列老化試驗表現(xiàn)出不同的耐老化能力。

3 結論

      通過背板單一加速老化試驗及序列老化試驗對比，發(fā)現(xiàn)序列老化試驗的試驗強度雖不高，但對背板老化程度的影響較大，而且不同的序列老化試驗對背板材料的老化產(chǎn)生不同的影響。

      背板在戶外使用，經(jīng)歷的老化過程是多重、復雜的，單憑單一加速老化試驗無法模擬實際的老化過程，無法對不同背板的耐老化性能做出準確判定，因此需建立更加有效的序列老化試驗來評測背板的耐老化性能，篩選出性能優(yōu)異的背板，使背板可提供持續(xù)保障。

      食品和飲料在運輸和儲存過程中會隨著時間的變化，會因為光照等環(huán)境因素對食品和飲料產(chǎn)生降解，而消費者對食品和飲料的味道、顏色和香味是非常敏感和注重的，所以對于生產(chǎn)商而言，如何保持食品和飲料的光穩(wěn)定性會變得極為重要。

     Q-Lab公司的氙燈試驗箱和紫外試驗箱能幫助客戶準確地再現(xiàn)多種潛在的老化模式，包括：

    褪色和變色；

    酸味和其他味道退化；

    包裝材料防護性能的損失。

    食品和飲料需要哪些環(huán)境進行光穩(wěn)定性的測試

    產(chǎn)品在戶外太陽光照射下；

    零售店照明環(huán)境下；

    所有的光源會改變食品和飲料的光穩(wěn)定性嗎。

     食品和飲料的光穩(wěn)定性測試需要測試什么

     產(chǎn)品包裝及標簽，產(chǎn)品包裝及標簽的光穩(wěn)定性是食品和飲料行業(yè)一個重要要求；

     食品色素，食品色素通常是飲料配方中最昂貴的成分，優(yōu)化食品色素的使用可以提高盈利能力；

     產(chǎn)品儲存方式，產(chǎn)品并不總是陳列在室內(nèi)進行銷售，因此許多廠商也在室外測試他們的產(chǎn)品；

     顏色，顏色是區(qū)分很多飲料的一個重要因素，褪色會造成消費者對產(chǎn)品認知的誤差。

     Q-SUN氙燈試驗箱能使食品和飲料曝曬在全光譜太陽光中，這對于測試長波很敏感的食品和飲料十分重要。Q-SUN氙燈試驗箱多功能平板樣品托盤使得在各種瓶子或容器中測試產(chǎn)品變得非常容易。QUV紫外試驗箱能準確模擬太陽光光譜中的紫外光，紫外光通常是造成食品和飲料的食品色素，調(diào)味劑及食用香精失效的原因。相比于氙燈試驗箱，QUV紫外試驗箱能夠更快的進行試驗，樣品支架和Q-SUN氙燈試驗箱一樣，能夠進行各種規(guī)格容器的擺放。