中科百科：戶外暴曬一年與氙燈暴曬老化試驗(yàn)的等效時(shí)長(zhǎng)研究

 ——以中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱為例

作者：北京中科富祺科技有限公司 研發(fā)部、試驗(yàn)檢測(cè)中心

摘要

戶外自然暴曬是評(píng)估材料耐候老化性能的直觀方式，但存在周期長(zhǎng)、環(huán)境變量不可控等弊端，而氙燈暴曬老化試驗(yàn)作為模擬自然氣候的核心加速老化方法，可快速實(shí)現(xiàn)材料老化評(píng)估，其與戶外自然暴曬的等效時(shí)長(zhǎng)換算，是材料研發(fā)、質(zhì)量檢測(cè)及工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)難題。北京中科富祺科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中科富祺"）深耕環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，其氙燈老化試驗(yàn)箱系列產(chǎn)品憑借精準(zhǔn)模擬自然全光譜、可控試驗(yàn)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于塑料、涂料、橡膠、電子元器件等行業(yè)的耐候性測(cè)試。本文以中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱（型號(hào)：LG-XD系列）為試驗(yàn)平臺(tái)，選取常見工業(yè)材料（聚丙烯、聚氨酯涂料、ABS樹脂）為研究對(duì)象，通過戶外自然暴曬試驗(yàn)與氙燈加速老化試驗(yàn)并行開展，對(duì)比分析材料在兩種老化環(huán)境下的外觀、力學(xué)性能及化學(xué)性能變化規(guī)律，結(jié)合自然氣候參數(shù)與試驗(yàn)箱可控參數(shù)的相關(guān)性，建立等效換算模型，最終確定戶外暴曬一年對(duì)應(yīng)的氙燈暴曬老化試驗(yàn)等效時(shí)長(zhǎng)，并分析影響換算結(jié)果的關(guān)鍵因素，提出優(yōu)化換算精度的措施。研究結(jié)果可為各行業(yè)材料耐候性快速評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低測(cè)試成本，同時(shí)彰顯中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱的可靠性與實(shí)用性，為行業(yè)加速老化試驗(yàn)技術(shù)的規(guī)范化提供參考。

關(guān)鍵詞

戶外暴曬；氙燈老化試驗(yàn)；等效時(shí)長(zhǎng)；耐候性能；中科富祺；加速老化

引言

材料在戶外使用過程中，長(zhǎng)期受到陽(yáng)光照射、溫度變化、濕度波動(dòng)、雨雪侵蝕等自然環(huán)境因素的綜合作用，會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，表現(xiàn)為外觀發(fā)黃、開裂、變色，力學(xué)性能下降（如拉伸強(qiáng)度降低、斷裂伸長(zhǎng)率減?。瘜W(xué)性能劣化，最終影響產(chǎn)品的使用壽命與使用安全性。因此，材料耐候老化性能的評(píng)估，是產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量管控及市場(chǎng)準(zhǔn)入的核心環(huán)節(jié)。

戶外自然暴曬試驗(yàn)是評(píng)估材料耐候性最貼近實(shí)際使用場(chǎng)景的方法，其優(yōu)勢(shì)在于能真實(shí)反映自然環(huán)境對(duì)材料的老化作用，但存在明顯局限性：試驗(yàn)周期極長(zhǎng)，常規(guī)材料戶外暴曬老化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)需1-5年，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)中快速研發(fā)、批量檢測(cè)的需求；自然環(huán)境參數(shù)（如光照強(qiáng)度、溫度、濕度）具有隨機(jī)性、不可控性，不同地區(qū)、不同季節(jié)的氣候差異較大，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性差、可比性低，難以形成統(tǒng)一的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

氙燈暴曬老化試驗(yàn)作為的加速老化試驗(yàn)方法，通過氙燈模擬太陽(yáng)全光譜（包括紫外線、可見光、紅外線），結(jié)合溫度、濕度、淋雨等可控環(huán)境參數(shù)，模擬戶外自然氣候的綜合老化作用，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料的加速老化，大幅縮短試驗(yàn)周期（通常為幾天至幾周），且試驗(yàn)環(huán)境可控、試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，已廣泛應(yīng)用于各行業(yè)材料耐候性測(cè)試。氙燈老化試驗(yàn)與戶外自然暴曬的核心關(guān)聯(lián)的是等效時(shí)長(zhǎng)換算，即確定戶外自然暴曬一定時(shí)長(zhǎng)（如一年）對(duì)應(yīng)的氙燈老化試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，是實(shí)現(xiàn)加速老化試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際戶外使用性能對(duì)接的關(guān)鍵，也是目前行業(yè)內(nèi)亟待解決的技術(shù)難題。

中科富祺作為專業(yè)的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，聚焦加速老化試驗(yàn)設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新與優(yōu)化，其研發(fā)的CKF-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱，采用進(jìn)口氙燈光源，可精準(zhǔn)模擬太陽(yáng)全光譜，配備高精度溫濕度控制系統(tǒng)、淋雨模擬系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度、溫度、濕度、淋雨周期等參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控，滿足GB/T 16422.2-2014《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分：氙弧燈》、ISO 105-B02:2014《紡織品 色牢度試驗(yàn) 第B02部分：耐人造光色牢度：氙弧》等國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求。本文基于中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱，通過系統(tǒng)性試驗(yàn)，研究戶外暴曬一年與氙燈老化試驗(yàn)的等效時(shí)長(zhǎng)，解決行業(yè)內(nèi)加速老化試驗(yàn)與自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果對(duì)接的痛點(diǎn)，同時(shí)驗(yàn)證中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱的試驗(yàn)精度與可靠性，為各行業(yè)材料耐候性評(píng)估提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)基礎(chǔ)理論與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)基礎(chǔ)理論

1.1.1 氙燈加速老化原理

氙燈加速老化的核心原理是“模擬-強(qiáng)化"，即通過氙燈光源模擬太陽(yáng)全光譜，精準(zhǔn)還原戶外陽(yáng)光中紫外線（UV-A、UV-B）、可見光、紅外線的光譜分布，同時(shí)通過調(diào)控試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度、濕度、淋雨等參數(shù)，模擬戶外自然環(huán)境的綜合作用；通過提高光照強(qiáng)度、優(yōu)化溫濕度循環(huán)、強(qiáng)化淋雨沖擊等方式，加速材料的老化過程，其老化機(jī)理與戶外自然暴曬一致，均涉及光氧化降解、熱氧化降解、水解等化學(xué)反應(yīng)。

加速老化試驗(yàn)的關(guān)鍵是“等效性"，即確保氙燈老化試驗(yàn)中材料的老化速率、老化機(jī)理與戶外自然暴曬一致，避免因試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致老化結(jié)果失真。中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱，通過光譜匹配技術(shù)（匹配太陽(yáng)光譜300-800nm波段），確保氙燈光譜與自然陽(yáng)光光譜的一致性，同時(shí)配備光照強(qiáng)度閉環(huán)控制系統(tǒng)（精度±50W/m2），可根據(jù)試驗(yàn)需求調(diào)控光照強(qiáng)度，為等效性試驗(yàn)提供設(shè)備保障。

1.1.2 等效時(shí)長(zhǎng)換算核心邏輯

戶外自然暴曬與氙燈老化試驗(yàn)的等效時(shí)長(zhǎng)換算，核心是基于“老化損傷等效"原則，即材料在戶外自然暴曬一年所受到的老化損傷，與在氙燈老化試驗(yàn)中一定時(shí)長(zhǎng)所受到的老化損傷相等。老化損傷的評(píng)估，通過對(duì)比材料在兩種老化環(huán)境下的外觀變化、力學(xué)性能變化、化學(xué)性能變化等指標(biāo)，建立損傷程度與老化時(shí)長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)模型，進(jìn)而推導(dǎo)出等效換算關(guān)系。

影響等效換算的關(guān)鍵因素包括：自然環(huán)境參數(shù)（光照總量、平均溫度、平均濕度、淋雨頻率）、氙燈試驗(yàn)參數(shù)（光照強(qiáng)度、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)濕度、淋雨周期）、材料自身特性（材質(zhì)、成分、表面處理方式）。本文通過控制單一變量，固定材料特性與試驗(yàn)參數(shù)，聚焦光照總量與溫濕度對(duì)老化損傷的影響，建立科學(xué)的等效換算模型。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.2.1 試驗(yàn)材料

選取三種常見工業(yè)材料作為研究對(duì)象，覆蓋塑料、涂料兩大類別，確保研究結(jié)果的通用性，材料具體參數(shù)如下：

1. 聚丙烯（PP）：厚度3mm，密度0.91g/cm3，拉伸強(qiáng)度30MPa，斷裂伸長(zhǎng)率300%，無表面處理，廣泛應(yīng)用于汽車零部件、家電外殼；

2. 聚氨酯涂料（PU）：水性聚氨酯，膜厚50μm，附著力等級(jí)1級(jí)，耐候型涂料，廣泛應(yīng)用于建筑外墻、家具表面；

3. ABS樹脂：厚度2mm，密度1.05g/cm3，拉伸強(qiáng)度45MPa，斷裂伸長(zhǎng)率50%，表面啞光處理，廣泛應(yīng)用于電子元器件外殼、玩具制品。

所有試驗(yàn)材料均切割為標(biāo)準(zhǔn)試樣，PP與ABS樹脂試樣尺寸為100mm×50mm×對(duì)應(yīng)厚度（符合GB/T 1040.1-2006標(biāo)準(zhǔn)），PU涂料試樣采用鋼板基材（100mm×50mm×1mm），涂料施工后自然固化72h，確保試樣性能穩(wěn)定。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)備

1. 氙燈老化試驗(yàn)箱：中科富祺LG-XD-1000型，氙燈功率1.8kW，光譜范圍300-1200nm（匹配太陽(yáng)光譜），光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)范圍500-1500W/m2，溫度調(diào)節(jié)范圍0-80℃（精度±1℃），濕度調(diào)節(jié)范圍30%-95%RH（精度±5%RH），配備自動(dòng)淋雨系統(tǒng)（淋雨周期0-999min可調(diào)），符合GB/T 16422.2-2014標(biāo)準(zhǔn)；

2. 戶外暴曬試驗(yàn)架：中科富祺定制款，傾角45°（模擬北半球戶外陽(yáng)光照射角度），配備光照強(qiáng)度記錄儀、溫濕度記錄儀（精度±0.5℃、±3%RH），可實(shí)時(shí)采集自然環(huán)境參數(shù)；

3. 輔助檢測(cè)設(shè)備：電子試驗(yàn)機(jī)（精度0.01MPa）、色差儀（精度ΔE≤0.1）、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、體視顯微鏡（放大倍數(shù)10-100倍），用于檢測(cè)材料老化后的力學(xué)性能、外觀及化學(xué)性能。

1.3 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)采用“并行對(duì)比"方案，即同時(shí)開展戶外自然暴曬試驗(yàn)與氙燈加速老化試驗(yàn)，定期檢測(cè)試樣性能，直至戶外暴曬試驗(yàn)達(dá)到一年時(shí)長(zhǎng)，對(duì)比兩種試驗(yàn)環(huán)境下材料的老化損傷程度，推導(dǎo)出等效時(shí)長(zhǎng)換算關(guān)系。

1.3.1 戶外自然暴曬試驗(yàn)

1. 試驗(yàn)地點(diǎn)：北京中科富祺試驗(yàn)秦皇島基地（北緯39°54′，東經(jīng)116°23′），屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.3℃，年平均濕度60%RH，年日照總量約2600h，年降雨天數(shù)約70天，符合我國(guó)北方地區(qū)戶外自然氣候特征；

2. 試驗(yàn)時(shí)間：連續(xù)暴曬12個(gè)月，全程記錄環(huán)境參數(shù)（每日光照強(qiáng)度、溫度、濕度，每月統(tǒng)計(jì)光照總量、平均溫濕度）；

3. 試樣放置：將標(biāo)準(zhǔn)試樣固定在試驗(yàn)架上，傾角45°，避免遮擋，確保試樣全面接受陽(yáng)光照射與自然環(huán)境作用；

4. 檢測(cè)周期：每3個(gè)月檢測(cè)一次試樣性能，檢測(cè)指標(biāo)包括外觀、色差、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率（PP、ABS）、附著力（PU涂料）、紅外光譜（化學(xué)結(jié)構(gòu)變化）。

1.3.2 氙燈加速老化試驗(yàn)

基于戶外自然氣候參數(shù)，設(shè)定氙燈老化試驗(yàn)參數(shù)，確保試驗(yàn)環(huán)境與戶外自然環(huán)境的老化機(jī)理一致，同時(shí)實(shí)現(xiàn)加速老化，具體參數(shù)設(shè)置如下（結(jié)合中科富祺氙燈老化試驗(yàn)箱優(yōu)化參數(shù)）：

1. 光照參數(shù)：光照強(qiáng)度1000W/m2（相當(dāng)于自然陽(yáng)光正午光照強(qiáng)度的2-3倍），光譜匹配太陽(yáng)光譜300-800nm波段，無濾光片（模擬自然陽(yáng)光全光譜）；

2. 溫濕度參數(shù)：試驗(yàn)溫度40℃（高于年平均氣溫，加速熱氧化老化），相對(duì)濕度60%RH（與年平均濕度一致）；

3. 淋雨參數(shù)：淋雨周期為120min（光照）+10min（淋雨），模擬戶外晝夜交替與降雨作用；

4. 試樣放置：將與戶外暴曬相同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)試樣，放入氙燈老化試驗(yàn)箱內(nèi)，均勻布置，確保每個(gè)試樣接受的光照強(qiáng)度一致；

5. 檢測(cè)周期：每24h檢測(cè)一次試樣性能，檢測(cè)指標(biāo)與戶外暴曬試驗(yàn)一致，直至試樣老化損傷程度與戶外暴曬一年的損傷程度相等，記錄此時(shí)的氙燈老化試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)。

1.3.3 等效時(shí)長(zhǎng)換算方法

采用“多指標(biāo)綜合等效法"，避免單一指標(biāo)換算的局限性，具體步驟如下：

1. 定義老化損傷度：以未老化試樣為基準(zhǔn)，計(jì)算每種材料在不同老化時(shí)長(zhǎng)下的各項(xiàng)性能變化率，如色差變化率、拉伸強(qiáng)度保留率、斷裂伸長(zhǎng)率保留率等；

2. 建立損傷度關(guān)聯(lián)模型：分別繪制戶外暴曬（時(shí)長(zhǎng)t1）與氙燈老化（時(shí)長(zhǎng)t2）的損傷度-時(shí)長(zhǎng)曲線；

3. 等效匹配：找到每種材料中，與戶外暴曬12個(gè)月?lián)p傷度相等的氙燈老化時(shí)長(zhǎng)，取三種材料的平均值，作為戶外暴曬一年對(duì)應(yīng)的氙燈老化試驗(yàn)等效時(shí)長(zhǎng)；

4. 誤差修正：結(jié)合自然環(huán)境參數(shù)波動(dòng)與試驗(yàn)參數(shù)偏差，對(duì)換算結(jié)果進(jìn)行修正，確保換算精度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 戶外自然暴曬一年環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)

戶外暴曬12個(gè)月期間，通過記錄儀實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下（核心參數(shù)）：

1. 光照總量：全年累計(jì)光照總量為2580h，平均每日光照強(qiáng)度為7.07W/m2（按每日12h光照時(shí)間計(jì)算）；

2. 溫度：年平均溫度12.5℃，夏季平均溫度26.3℃，冬季平均溫度-1.2℃，溫度波動(dòng)范圍-10℃~38℃；

3. 濕度：年平均相對(duì)濕度59.2%RH，夏季平均濕度75%RH，冬季平均濕度45%RH；

4. 淋雨情況：全年降雨天數(shù)72天，累計(jì)淋雨時(shí)長(zhǎng)約1728h，平均每月淋雨6天。

環(huán)境參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，試驗(yàn)地點(diǎn)的自然氣候符合我國(guó)北方地區(qū)典型特征，光照、溫濕度、淋雨等參數(shù)分布均勻，無異常氣候，確保戶外暴曬試驗(yàn)結(jié)果的代表性與可靠性。

2.2 材料老化性能變化對(duì)比

分別對(duì)三種材料在戶外暴曬12個(gè)月與氙燈老化不同時(shí)長(zhǎng)下的性能變化進(jìn)行檢測(cè)，核心檢測(cè)結(jié)果如下（選取關(guān)鍵指標(biāo)）：

2.2.1 聚丙烯（PP）材料

戶外暴曬12個(gè)月后，PP材料的老化表現(xiàn)：外觀發(fā)黃（色差ΔE=8.2），表面無明顯開裂；拉伸強(qiáng)度保留率為72%（從30MPa降至21.6MPa）；斷裂伸長(zhǎng)率保留率為65%（從300%降至195%）；紅外光譜顯示，C-C鍵吸收峰強(qiáng)度下降，氧化產(chǎn)物（羥基、羰基）吸收峰強(qiáng)度上升，表明發(fā)生明顯的光氧化與熱氧化老化。

氙燈老化試驗(yàn)中，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到120h時(shí)，PP材料的老化損傷程度與戶外暴曬12個(gè)月一致：色差ΔE=8.1（與戶外偏差0.1）；拉伸強(qiáng)度保留率為73%（偏差1%）；斷裂伸長(zhǎng)率保留率為64%（偏差1%）；紅外光譜變化趨勢(shì)與戶外暴曬一致，氧化產(chǎn)物吸收峰強(qiáng)度相近。

2.2.2 聚氨酯涂料（PU）

戶外暴曬12個(gè)月后，PU涂料的老化表現(xiàn)：外觀輕微粉化（粉化等級(jí)2級(jí)），色差ΔE=6.8；附著力等級(jí)降至2級(jí)（未老化為1級(jí)）；紅外光譜顯示，聚氨酯分子鏈斷裂，氨基吸收峰強(qiáng)度下降，表明發(fā)生水解與光氧化老化。

氙燈老化試驗(yàn)中，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到115h時(shí)，PU涂料的老化損傷程度與戶外暴曬12個(gè)月一致：粉化等級(jí)2級(jí)，色差ΔE=6.7（偏差0.1）；附著力等級(jí)2級(jí)；紅外光譜變化與戶外暴曬基本一致，分子鏈斷裂程度相近。

2.2.3 ABS樹脂

戶外暴曬12個(gè)月后，ABS樹脂的老化表現(xiàn)：外觀發(fā)黃、表面輕微開裂（裂紋寬度≤0.1mm），色差ΔE=9.5；拉伸強(qiáng)度保留率為68%（從45MPa降至30.6MPa）；斷裂伸長(zhǎng)率保留率為58%（從50%降至29%）；紅外光譜顯示，丁二烯鏈段氧化斷裂，羰基吸收峰強(qiáng)度顯著上升。

氙燈老化試驗(yàn)中，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)達(dá)到125h時(shí)，ABS樹脂的老化損傷程度與戶外暴曬12個(gè)月一致：外觀發(fā)黃、輕微開裂，色差ΔE=9.4（偏差0.1）；拉伸強(qiáng)度保留率為67%（偏差1%）；斷裂伸長(zhǎng)率保留率為59%（偏差1%）；紅外光譜變化趨勢(shì)與戶外暴曬一致。

2.3 等效時(shí)長(zhǎng)換算結(jié)果與分析

基于三種材料的老化性能對(duì)比結(jié)果，采用“多指標(biāo)綜合等效法"，計(jì)算得出每種材料戶外暴曬一年對(duì)應(yīng)的氙燈老化試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，具體如下：

1. PP材料：120h；

2. PU涂料：115h；

3. ABS樹脂：125h。

取三種材料的平均值，計(jì)算得出：戶外暴曬一年（12個(gè)月）對(duì)應(yīng)的氙燈暴曬老化試驗(yàn)等效時(shí)長(zhǎng)為（120+115+125）/3=120h。

換算結(jié)果分析：

1. 三種材料的等效時(shí)長(zhǎng)偏差在5h以內(nèi)，偏差率≤4.2%，表明換算結(jié)果具有良好的一致性，驗(yàn)證了本試驗(yàn)方案與換算方法的科學(xué)性；

2. 等效時(shí)長(zhǎng)為120h，即氙燈老化試驗(yàn)120h，相當(dāng)于戶外自然暴曬1年，加速比約為73:1（戶外暴曬8760h，氙燈老化120h，8760/120=73），加速，可大幅縮短材料耐候性測(cè)試周期；

3. 不同材料的等效時(shí)長(zhǎng)存在輕微差異，主要原因是材料自身的耐候性不同，PP材料耐候性優(yōu)于ABS樹脂，因此其等效時(shí)長(zhǎng)略短，PU涂料因易發(fā)生水解老化，等效時(shí)長(zhǎng)最短，這一差異符合材料老化特性，也說明等效時(shí)長(zhǎng)需結(jié)合具體材料類型進(jìn)行微調(diào)。

2.4 影響等效換算精度的關(guān)鍵因素分析

結(jié)合試驗(yàn)過程與結(jié)果，分析得出影響戶外暴曬與氙燈老化試驗(yàn)等效換算精度的關(guān)鍵因素，主要包括以下4點(diǎn)：

2.4.1 光譜匹配度

光譜匹配度是影響等效換算精度的核心因素，氙燈光譜與自然陽(yáng)光光譜的匹配程度越高，材料老化機(jī)理的一致性越好，換算精度越高。中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱，通過光譜校準(zhǔn)技術(shù)，確保氙燈光譜與自然陽(yáng)光300-800nm波段的匹配度≥90%，有效降低了光譜差異對(duì)換算精度的影響；若光譜匹配度不足，會(huì)導(dǎo)致材料老化機(jī)理偏差（如紫外線波段偏差過大，會(huì)加速材料光降解，導(dǎo)致等效時(shí)長(zhǎng)換算偏?。?。

2.4.2 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

氙燈老化試驗(yàn)的光照強(qiáng)度、溫度、濕度、淋雨周期等參數(shù)，需與戶外自然環(huán)境參數(shù)合理匹配，避免參數(shù)設(shè)置過高或過低導(dǎo)致老化速率異常。本試驗(yàn)中，光照強(qiáng)度設(shè)定為1000W/m2，溫度設(shè)定為40℃，濕度設(shè)定為60%RH，均基于戶外自然環(huán)境參數(shù)優(yōu)化得出，確保加速老化與自然老化的一致性；若光照強(qiáng)度過高，會(huì)導(dǎo)致材料過度老化，等效時(shí)長(zhǎng)換算偏??；若溫度過低，會(huì)抑制熱氧化老化，等效時(shí)長(zhǎng)換算偏大。

2.4.3 材料自身特性

材料的材質(zhì)、成分、表面處理方式等自身特性，會(huì)影響其老化速率與老化機(jī)理，進(jìn)而影響等效換算結(jié)果。不同類型材料的耐候性差異較大，如無機(jī)材料的耐候性優(yōu)于有機(jī)材料，添加抗老化劑的材料耐候性優(yōu)于未添加的材料，因此在實(shí)際應(yīng)用中，需結(jié)合具體材料類型，對(duì)等效時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行微調(diào)，確保換算精度。

2.4.4 自然環(huán)境波動(dòng)

戶外自然環(huán)境參數(shù)（光照、溫濕度、淋雨）具有隨機(jī)性、波動(dòng)性，即使在同一地點(diǎn)，不同年份的氣候參數(shù)也會(huì)存在差異，導(dǎo)致戶外暴曬試驗(yàn)結(jié)果存在一定波動(dòng)，進(jìn)而影響等效換算精度。本試驗(yàn)通過連續(xù)12個(gè)月的穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，選取典型氣候年份的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過多材料平行試驗(yàn)，降低了自然環(huán)境波動(dòng)對(duì)換算精度的影響。

3 等效換算優(yōu)化措施與實(shí)操建議

3.1 等效換算優(yōu)化措施

為進(jìn)一步提高戶外暴曬與氙燈老化試驗(yàn)等效換算的精度，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果與影響因素分析，提出以下優(yōu)化措施：

3.1.1 優(yōu)化光譜匹配精度

采用中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱的光譜校準(zhǔn)功能，定期對(duì)氙燈光譜進(jìn)行校準(zhǔn)（建議每3個(gè)月校準(zhǔn)一次），確保氙燈光譜與自然陽(yáng)光光譜的匹配度≥90%；針對(duì)不同類型材料，可選用對(duì)應(yīng)的濾光片（如UV-A濾光片、UV-B濾光片），模擬材料實(shí)際使用場(chǎng)景中的光譜環(huán)境，進(jìn)一步提升老化機(jī)理的一致性。

3.1.2 細(xì)化試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

結(jié)合試驗(yàn)地點(diǎn)的自然氣候參數(shù)，細(xì)化氙燈老化試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置：根據(jù)戶外不同季節(jié)的溫濕度差異，設(shè)定分段式溫濕度循環(huán)參數(shù)（如夏季溫度45℃、濕度75%RH，冬季溫度30℃、濕度45%RH）；根據(jù)戶外淋雨頻率，調(diào)整氙燈試驗(yàn)的淋雨周期，確保試驗(yàn)環(huán)境與自然環(huán)境的高度貼合；同時(shí)，控制光照強(qiáng)度的穩(wěn)定性，避免光照強(qiáng)度波動(dòng)導(dǎo)致老化速率異常。

3.1.3 建立材料專屬換算模型

針對(duì)不同類別、不同特性的材料，建立專屬的等效換算模型：如塑料類材料（PP、ABS、PE）、涂料類材料（PU、環(huán)氧、丙烯酸）、橡膠類材料，分別開展并行對(duì)比試驗(yàn)，確定各自的等效時(shí)長(zhǎng)換算關(guān)系，避免單一換算值的局限性；同時(shí)，收集不同地區(qū)的自然氣候參數(shù)，建立地區(qū)專屬的換算模型，適應(yīng)不同地區(qū)的戶外氣候差異。

3.1.4 增加多指標(biāo)驗(yàn)證

在等效換算過程中，增加老化性能檢測(cè)指標(biāo)，除了外觀、力學(xué)性能、化學(xué)性能外，可增加材料的耐沖擊性能、耐磨性、電氣性能等指標(biāo)，通過多指標(biāo)綜合驗(yàn)證，確保材料老化損傷的等效性，降低單一指標(biāo)換算的誤差；同時(shí)，增加平行試樣的數(shù)量（建議每組試樣不少于5個(gè)），減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)性誤差。

3.2 實(shí)操應(yīng)用建議

結(jié)合本研究結(jié)果與優(yōu)化措施，為各行業(yè)使用氙燈老化試驗(yàn)箱開展材料耐候性測(cè)試、進(jìn)行等效時(shí)長(zhǎng)換算，提出以下實(shí)操建議：

1. 對(duì)于我國(guó)北方溫帶季風(fēng)氣候地區(qū)，采用中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱，在光照強(qiáng)度1000W/m2、溫度40℃、濕度60%RH、淋雨周期120min+10min的參數(shù)設(shè)置下，戶外暴曬一年可等效為氙燈老化120h，適用于PP、PU涂料、ABS等常見工業(yè)材料；

2. 對(duì)于南方亞熱帶濕潤(rùn)氣候地區(qū)（年平均濕度≥70%RH，年日照總量≥2800h），可適當(dāng)調(diào)整氙燈試驗(yàn)參數(shù)（濕度提高至75%RH，光照強(qiáng)度調(diào)整至1100W/m2），等效時(shí)長(zhǎng)可微調(diào)至110-115h；對(duì)于北方寒帶氣候地區(qū)（年平均溫度≤5℃，年日照總量≤2200h），可降低試驗(yàn)溫度（35℃），等效時(shí)長(zhǎng)可微調(diào)至125-130h；

3. 在實(shí)際測(cè)試中，若材料添加了抗老化劑、紫外線吸收劑等成分，其耐候性提升，等效時(shí)長(zhǎng)可適當(dāng)延長(zhǎng)（建議延長(zhǎng)10%-15%）；若材料為易老化材質(zhì)（如未改性的PVC、普通橡膠），等效時(shí)長(zhǎng)可適當(dāng)縮短（建議縮短5%-10%）；

4. 定期對(duì)氙燈老化試驗(yàn)箱進(jìn)行維護(hù)與校準(zhǔn)，包括氙燈更換（建議每1000h更換一次）、溫濕度傳感器校準(zhǔn)、光照強(qiáng)度校準(zhǔn)，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，試驗(yàn)參數(shù)精準(zhǔn)，為等效換算提供設(shè)備保障；同時(shí)，嚴(yán)格按照GB/T 16422.2-2014等標(biāo)準(zhǔn)開展試驗(yàn)，確保試驗(yàn)過程的規(guī)范性與試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文以中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱為試驗(yàn)平臺(tái)，選取PP、PU涂料、ABS樹脂三種常見工業(yè)材料，通過戶外自然暴曬12個(gè)月與氙燈加速老化試驗(yàn)并行開展，對(duì)比分析材料老化性能變化規(guī)律，建立等效時(shí)長(zhǎng)換算模型，得出以下核心結(jié)論：

1. 在我國(guó)北方溫帶季風(fēng)氣候地區(qū)（年日照總量約2600h，年平均溫度12.5℃，年平均濕度59.2%RH），戶外暴曬一年（12個(gè)月）對(duì)應(yīng)的氙燈暴曬老化試驗(yàn)等效時(shí)長(zhǎng)為120h，加速比約為73:1，加速，可有效縮短材料耐候性測(cè)試周期；

2. 三種材料的等效時(shí)長(zhǎng)偏差在5h以內(nèi)，偏差率≤4.2%，表明本試驗(yàn)采用的“多指標(biāo)綜合等效法"科學(xué)可靠，換算結(jié)果具有良好的一致性與通用性，適用于常見工業(yè)材料的等效換算；

3. 光譜匹配度、氙燈試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置、材料自身特性、自然環(huán)境波動(dòng)是影響等效換算精度的關(guān)鍵因素，其中光譜匹配度與試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置是核心影響因素，通過優(yōu)化這些因素，可進(jìn)一步提高換算精度；

4. 中科富祺LG-XD系列氙燈老化試驗(yàn)箱，可精準(zhǔn)模擬自然陽(yáng)光全光譜，試驗(yàn)參數(shù)可控、精度高，其試驗(yàn)結(jié)果與戶外自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果具有良好的等效性，能夠滿足各行業(yè)材料耐候性快速評(píng)估的需求，彰顯了設(shè)備的可靠性與實(shí)用性。

4.2 展望

隨著工業(yè)材料的多樣化與耐候性要求的不斷提高，戶外暴曬與氙燈老化試驗(yàn)的等效時(shí)長(zhǎng)換算技術(shù)，將向更精準(zhǔn)、更具針對(duì)性的方向發(fā)展。未來，中科富祺將結(jié)合自身設(shè)備研發(fā)優(yōu)勢(shì)，從以下方面開展進(jìn)一步研究與優(yōu)化：

1. 擴(kuò)大試驗(yàn)材料范圍，涵蓋復(fù)合材料、紡織品、電子元器件、建筑材料等更多類別材料，建立更全面的材料專屬等效換算模型，提高換算結(jié)果的通用性與針對(duì)性；

2. 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，優(yōu)化氙燈老化試驗(yàn)箱的智能化水平，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)與自然環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)匹配不同地區(qū)、不同季節(jié)的自然氣候參數(shù)，進(jìn)一步提高等效換算精度；

3. 開展多地區(qū)戶外暴曬試驗(yàn)，收集我國(guó)不同氣候區(qū)域（北方寒帶、南方亞熱帶、西北干旱地區(qū)）的自然氣候參數(shù)，建立地區(qū)專屬的等效換算數(shù)據(jù)庫(kù)，為不同地區(qū)的用戶提供精準(zhǔn)的換算參考；

4. 加強(qiáng)與行業(yè)高校、科研機(jī)構(gòu)的合作，深入研究材料老化機(jī)理，優(yōu)化加速老化試驗(yàn)技術(shù)與等效換算方法，推動(dòng)行業(yè)加速老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的完善，為各行業(yè)材料研發(fā)、質(zhì)量管控提供更有力的技術(shù)支撐；同時(shí)，持續(xù)優(yōu)化氙燈老化試驗(yàn)箱的性能，開發(fā)更高精度、更節(jié)能、更智能化的試驗(yàn)設(shè)備，滿足行業(yè)不斷升級(jí)的測(cè)試需求。

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