在戶外環境中，陽光、雨水和高溫是導致材料老化、褪色、開裂和性能下降的主要元兇。為了在產品上市前評估其長期耐候性，縮短自然暴露試驗的漫長周期，氙燈老化測試（Xenon Arc Weathering Test）作為一種高效、可靠的加速老化試驗方法，被廣泛應用于塑料、涂料、紡織品、汽車零部件、建筑材料等領域。本文將詳細介紹氙燈老化測試的概念及其核心工作原理。

一、 什么是氙燈老化測試？

氙燈老化測試是一種利用氙弧燈作為光源的人工氣候老化試驗。它通過模擬太陽光的全光譜（特別是關鍵的紫外線、可見光和紅外線部分），并結合可控的溫度、濕度和噴淋（模擬雨水）等環境因素，在實驗室中加速材料的老化過程，從而在短時間內預測產品在戶外長期暴露下的性能變化。

與自然戶外暴曬（可能需要數月甚至數年）相比，氙燈老化測試能在幾周或幾個月內提供有價值的耐候性數據，幫助企業優化材料配方、改進生產工藝、確保產品質量和延長產品壽命。

二、 氙燈老化測試的核心原理

氙燈老化測試的原理可以概括為：“模擬、強化、加速”。其核心在于精確模擬太陽光譜，并通過強化環境應力來加速材料的物理和化學變化。

1. 光源：氙弧燈——最接近太陽光的光源

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

• 關鍵濾光系統：

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

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

• 為什么選擇氙燈？ 相比于早期的碳弧燈或僅發射特定波長的熒光紫外燈（如UVB-313），氙燈能提供最完整、最接近真實的太陽光譜，測試結果與實際戶外暴曬的相關性更高。

2. 環境控制：模擬戶外多因素協同作用

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果。單純的光照不足以真實反映材料的劣化過程。因此，現代氙燈老化試驗箱都具備精密的環境控制系統：

• 黑板溫度 (Black Panel Temperature, BPT) / 黑標溫度 (Black Standard Temperature, BST)： 這是衡量樣品表面在光照下所能達到的最高溫度的指標。通過控制箱內空氣溫度和輻射強度，可以精確設定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。高溫會加速化學反應和物理變化。

• 相對濕度 (Relative Humidity, RH)： 控制試驗箱內的空氣濕度（通常在10%至95% RH可調）。高濕度環境會促進水解反應、霉菌生長，并影響涂層的附著力。

• 噴淋 (Spray/Water Spray)： 通過定時噴水來模擬雨水、露水或冷凝水的作用。噴淋不僅能清洗樣品表面，更重要的是通過熱沖擊（熱樣品突然遇冷）和水滲透來加速材料的物理應力開裂、起泡和腐蝕。噴淋周期（如噴18分鐘，停102分鐘）可根據標準設定。

3. 加速機制：強化應力，縮短時間

氙燈老化測試的“加速”并非簡單地提高光照強度。其加速機制是通過在保持光譜真實性的同時，延長每日的光照時間、提高輻照度、溫度和濕度水平，并增加噴淋頻率，從而在單位時間內施加比自然環境更強的綜合應力。

• 輻照度控制： 試驗箱會監測特定波長（如340nm或420nm）的輻照度，并通過自動調節氙燈功率，確保其在整個測試過程中保持恒定。這保證了測試的可重復性和可比性。

• 循環程序： 測試通常按照預設的循環程序進行，例如：“光照+高溫+高濕 → 光照+高溫+噴淋 → 黑暗+高濕+噴淋”。這種循環更真實地模擬了晝夜交替、晴雨變化的自然環境。

三、 常用測試標準

為了確保測試的規范性和結果的可比性，國際上制定了一系列標準，如：

• ISO 4892-2: 塑料——實驗室光源暴露方法——第2部分：氙弧燈

• ASTM G155: 非金屬材料暴露用氙弧燈設備的標準操作規程

• GB/T 16422.2: 塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第2部分：氙弧燈