在戶外環(huán)境中，陽(yáng)光、雨水和高溫是導(dǎo)致材料老化、褪色、開(kāi)裂和性能下降的主要元兇。為了在產(chǎn)品上市前評(píng)估其長(zhǎng)期耐候性，縮短自然暴露試驗(yàn)的漫長(zhǎng)周期，氙燈老化測(cè)試（Xenon Arc Weathering Test）作為一種高效、可靠的加速老化試驗(yàn)方法，被廣泛應(yīng)用于塑料、涂料、紡織品、汽車零部件、建筑材料等領(lǐng)域。本文將詳細(xì)介紹氙燈老化測(cè)試的概念及其核心工作原理。

一、 什么是氙燈老化測(cè)試？

氙燈老化測(cè)試是一種利用氙弧燈作為光源的人工氣候老化試驗(yàn)。它通過(guò)模擬太陽(yáng)光的全光譜（特別是關(guān)鍵的紫外線、可見(jiàn)光和紅外線部分），并結(jié)合可控的溫度、濕度和噴淋（模擬雨水）等環(huán)境因素，在實(shí)驗(yàn)室中加速材料的老化過(guò)程，從而在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)產(chǎn)品在戶外長(zhǎng)期暴露下的性能變化。

與自然戶外暴曬（可能需要數(shù)月甚至數(shù)年）相比，氙燈老化測(cè)試能在幾周或幾個(gè)月內(nèi)提供有價(jià)值的耐候性數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)優(yōu)化材料配方、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、確保產(chǎn)品質(zhì)量和延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命。

二、 氙燈老化測(cè)試的核心原理

氙燈老化測(cè)試的原理可以概括為：“模擬、強(qiáng)化、加速”。其核心在于精確模擬太陽(yáng)光譜，并通過(guò)強(qiáng)化環(huán)境應(yīng)力來(lái)加速材料的物理和化學(xué)變化。

1. 光源：氙弧燈——最接近太陽(yáng)光的光源

• 光譜匹配： 氙弧燈在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域的光譜分布與太陽(yáng)光極為相似。更重要的是，通過(guò)使用特定的濾光系統(tǒng)（Filter System），可以有效調(diào)整氙燈發(fā)出的光譜，使其高度匹配到達(dá)地球表面的太陽(yáng)光譜（尤其是對(duì)材料老化影響最大的295nm-800nm波段）。

• 關(guān)鍵濾光系統(tǒng)：

• 日光濾光器 (Daylight Filter)： 模擬夏季正午的直射陽(yáng)光，提供最完整的太陽(yáng)光譜，包括足量的紫外線（UV），用于評(píng)估材料的總體耐候性。

• 窗玻璃濾光器 (Window Glass Filter)： 模擬陽(yáng)光透過(guò)普通窗玻璃后的光譜。窗玻璃會(huì)吸收大部分波長(zhǎng)小于310nm的短波紫外線，因此這種濾光器主要用于測(cè)試室內(nèi)使用的材料（如汽車內(nèi)飾、家具、紡織品），其紫外線強(qiáng)度低于日光濾光器。

• 為什么選擇氙燈？ 相比于早期的碳弧燈或僅發(fā)射特定波長(zhǎng)的熒光紫外燈（如UVB-313），氙燈能提供最完整、最接近真實(shí)的太陽(yáng)光譜，測(cè)試結(jié)果與實(shí)際戶外暴曬的相關(guān)性更高。

2. 環(huán)境控制：模擬戶外多因素協(xié)同作用

真正的戶外老化是光、熱、濕（雨水、露水）等多種因素共同作用的結(jié)果。單純的光照不足以真實(shí)反映材料的劣化過(guò)程。因此，現(xiàn)代氙燈老化試驗(yàn)箱都具備精密的環(huán)境控制系統(tǒng)：

• 黑板溫度 (Black Panel Temperature, BPT) / 黑標(biāo)溫度 (Black Standard Temperature, BST)： 這是衡量樣品表面在光照下所能達(dá)到的最高溫度的指標(biāo)。通過(guò)控制箱內(nèi)空氣溫度和輻射強(qiáng)度，可以精確設(shè)定BPT/BST（通常在40°C至100°C以上），以模擬不同氣候條件下的熱效應(yīng)。高溫會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)和物理變化。

• 相對(duì)濕度 (Relative Humidity, RH)： 控制試驗(yàn)箱內(nèi)的空氣濕度（通常在10%至95% RH可調(diào)）。高濕度環(huán)境會(huì)促進(jìn)水解反應(yīng)、霉菌生長(zhǎng)，并影響涂層的附著力。

• 噴淋 (Spray/Water Spray)： 通過(guò)定時(shí)噴水來(lái)模擬雨水、露水或冷凝水的作用。噴淋不僅能清洗樣品表面，更重要的是通過(guò)熱沖擊（熱樣品突然遇冷）和水滲透來(lái)加速材料的物理應(yīng)力開(kāi)裂、起泡和腐蝕。噴淋周期（如噴18分鐘，停102分鐘）可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。

3. 加速機(jī)制：強(qiáng)化應(yīng)力，縮短時(shí)間

氙燈老化測(cè)試的“加速”并非簡(jiǎn)單地提高光照強(qiáng)度。其加速機(jī)制是通過(guò)在保持光譜真實(shí)性的同時(shí)，延長(zhǎng)每日的光照時(shí)間、提高輻照度、溫度和濕度水平，并增加噴淋頻率，從而在單位時(shí)間內(nèi)施加比自然環(huán)境更強(qiáng)的綜合應(yīng)力。

• 輻照度控制： 試驗(yàn)箱會(huì)監(jiān)測(cè)特定波長(zhǎng)（如340nm或420nm）的輻照度，并通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)氙燈功率，確保其在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中保持恒定。這保證了測(cè)試的可重復(fù)性和可比性。

• 循環(huán)程序： 測(cè)試通常按照預(yù)設(shè)的循環(huán)程序進(jìn)行，例如：“光照+高溫+高濕 → 光照+高溫+噴淋 → 黑暗+高濕+噴淋”。這種循環(huán)更真實(shí)地模擬了晝夜交替、晴雨變化的自然環(huán)境。

三、 常用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

為了確保測(cè)試的規(guī)范性和結(jié)果的可比性，國(guó)際上制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如：

• ISO 4892-2: 塑料——實(shí)驗(yàn)室光源暴露方法——第2部分：氙弧燈

• ASTM G155: 非金屬材料暴露用氙弧燈設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程

• GB/T 16422.2: 塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分：氙弧燈