鹵素?zé)衾匣囼?yàn)是一種利用鹵素?zé)裟M太陽(yáng)輻射，評(píng)估材料耐候性（抗紫外線、光熱老化等性能）的環(huán)境試驗(yàn)方法。其核心是通過(guò)鹵素?zé)舭l(fā)出的連續(xù)光譜（包含紫外、可見(jiàn)光及紅外輻射），結(jié)合溫濕度等環(huán)境因素，加速材料的老化過(guò)程，從而預(yù)測(cè)其在實(shí)際使用中的耐久性。以下從原理、設(shè)備、應(yīng)用及注意事項(xiàng)等方面展開(kāi)說(shuō)明：

一、基本原理

鹵素?zé)魧儆诎谉霟舻母倪M(jìn)型，通過(guò)在燈泡內(nèi)充入鹵素氣體（如碘、溴），利用“鹵素循環(huán)”反應(yīng)（鹵素原子與鎢蒸氣反應(yīng)生成鹵化鎢，鹵化鎢在高溫?zé)艚z上分解為鎢和鹵素，循環(huán)補(bǔ)充燈絲損耗），顯著提高燈絲壽命（普通白熾燈壽命約1000小時(shí)，鹵素?zé)艨蛇_(dá)2000-5000小時(shí)）和發(fā)光效率。

鹵素?zé)舻墓庾V分布以可見(jiàn)光（約400-700nm）和紅外（>700nm）為主，紫外部分（200-400nm）相對(duì)較弱（約占3%-5%），但仍包含UVA（315-400nm）和部分UVB（280-315nm）波段。通過(guò)濾光系統(tǒng)（如石英濾光片）可進(jìn)一步調(diào)整光譜，減少多余短波紫外（如<290nm的自然陽(yáng)光中不存在的部分），使其更接近太陽(yáng)光的有效輻射范圍（290-2500nm），從而模擬戶(hù)外光照對(duì)材料的老化作用。

二、試驗(yàn)設(shè)備：鹵素?zé)衾匣囼?yàn)箱

核心組件包括：

1. 1.

   鹵素?zé)艄庠?/span>：多組鹵素?zé)簦ㄈ鐔味嘶螂p端結(jié)構(gòu)）排列，提供廣譜光輻射。功率通常為250-1000W/燈，具體取決于試驗(yàn)箱尺寸和輻照度要求。

2. 2.

   濾光系統(tǒng)：關(guān)鍵部件，通過(guò)石英濾光片或硼硅酸鹽玻璃組合，過(guò)濾掉過(guò)量短波紫外（如<290nm）和部分紅外輻射，使最終光譜更接近自然陽(yáng)光。不同濾光片組合可適配不同標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM G154的“窗玻璃濾光”或“無(wú)濾光”模式）。

3. 3.

   樣品架：多為旋轉(zhuǎn)式（轉(zhuǎn)鼓式）或多層水平擱板，確保樣品均勻受光，部分設(shè)備支持傾斜角度調(diào)節(jié)（模擬不同緯度的太陽(yáng)入射角）。

4. 4.

   環(huán)境控制系統(tǒng)：

• ?

  溫度控制：通過(guò)黑板溫度計(jì)（BPT）或黑標(biāo)溫度計(jì)（BST）監(jiān)測(cè)樣品表面溫度（通常40-100℃，具體根據(jù)材料和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定）；

• ?

  濕度控制：通過(guò)加濕/除濕系統(tǒng)調(diào)節(jié)相對(duì)濕度（0-95% RH），模擬高濕或低濕環(huán)境；

• ?

  噴水系統(tǒng)（可選）：周期性噴水模擬雨淋或凝露（如12分鐘噴水/102分鐘干燥循環(huán)），測(cè)試材料的耐水老化性能。

三、試驗(yàn)條件與標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)參數(shù)需根據(jù)材料類(lèi)型（塑料、涂料、紡織品等）和應(yīng)用場(chǎng)景（戶(hù)外、室內(nèi)、汽車(chē)等）設(shè)定，常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)包括：

• ?

  ASTM G154：《非金屬材料暴露于熒光和其他紫外光源的標(biāo)準(zhǔn)操作》（鹵素?zé)魧儆谄渲小捌渌庠础钡囊环N，常與氙燈、紫外熒光燈并列）；

• ?

  ISO 4892-2：《塑料 實(shí)驗(yàn)室光源暴露試驗(yàn)方法 第2部分：氙弧燈》（雖以氙燈為主，但部分鹵素?zé)粼囼?yàn)可參考其框架）；

• ?

  GB/T 16422.2：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（等同采用ISO 4892-2，氙燈為主，鹵素?zé)粼囼?yàn)需參考行業(yè)特定標(biāo)準(zhǔn)）；

• ?

  SAE J2527：美國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（針對(duì)汽車(chē)外飾件的鹵素?zé)?氙燈老化試驗(yàn)）。

典型試驗(yàn)條件示例（以ASTM G154為例）：

• ?

  光譜范圍：290-2500nm（經(jīng)濾光后）；

• ?

  輻照度：340nm處0.35-0.55W/m2（或總輻照度控制在1120-1800W/m2）；

• ?

  黑板溫度：65±3℃（光照階段），50±3℃（黑暗/噴水階段）；

• ?

  相對(duì)濕度：50±5%（光照階段），95±5%（噴水階段）；

• ?

  試驗(yàn)周期：500-5000小時(shí)（根據(jù)材料老化速率調(diào)整）。

四、主要應(yīng)用領(lǐng)域

鹵素?zé)衾匣囼?yàn)因光譜覆蓋可見(jiàn)光和紅外，且成本低于氙燈，廣泛用于以下材料的耐候性評(píng)估：

• ?

  高分子材料：塑料（如PE、PP、ABS、PVC）、橡膠（密封件、輪胎）、聚氨酯（泡沫、彈性體）；

• ?

  涂料與涂層：外墻涂料、木器漆、防腐涂層（測(cè)試耐光褪色、粉化、開(kāi)裂）；

• ?

  紡織品：戶(hù)外遮陽(yáng)布、地毯、服裝面料（評(píng)估褪色、纖維脆化）；

• ?

  汽車(chē)部件：內(nèi)飾（塑料面板、皮革）、外飾（車(chē)燈外殼、標(biāo)志）、橡膠密封條；

• ?

  建筑材料：門(mén)窗型材、防水卷材、屋頂瓦片（模擬長(zhǎng)期光照下的老化）。

五、評(píng)價(jià)方法

試驗(yàn)后需通過(guò)多維度指標(biāo)量化材料老化程度，常用方法包括：

1. 1.

   外觀變化：

• ?

  目視評(píng)估：褪色、黃變、裂紋、起泡、粉化等；

• ?

  儀器測(cè)量：色差儀（ΔE*值，反映顏色變化）、光澤度儀（光澤保留率）、霧影儀（表面模糊度）。

2. 2.

   物理性能衰減：

• ?

  力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率（塑料/橡膠）、硬度（涂料）、撕裂強(qiáng)度（紡織品）；

• ?

  熱性能：差示掃描量熱法（DSC）分析結(jié)晶度變化；

• ?

  耐水性：吸水率、膨脹率（針對(duì)吸濕性材料）。

3. 3.

   化學(xué)結(jié)構(gòu)分析：

• ?

  紅外光譜（FTIR）：檢測(cè)分子鏈斷裂（如C-C鍵、酯鍵斷裂）、氧化產(chǎn)物（羰基、羧基增加）；

• ?

  紫外-可見(jiàn)光譜（UV-Vis）：分析顏料或光穩(wěn)定劑的分解（如吸收峰位移或強(qiáng)度降低）；

• ?

  凝膠滲透色譜（GPC）：測(cè)定高分子鏈的分子量分布變化（分子量下降提示降解）。

六、與其他老化試驗(yàn)方法的對(duì)比

七、優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

• ?

  優(yōu)點(diǎn)：

1. 1.

   光譜在可見(jiàn)光和紅外區(qū)域與自然陽(yáng)光高度匹配，能更真實(shí)模擬光熱協(xié)同老化（尤其適合對(duì)紅外敏感的材料）；

2. 2.

   設(shè)備成本低于氙燈試驗(yàn)箱，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單（鹵素?zé)魤勖^長(zhǎng)，更換成本低）；

3. 3.

   可靈活調(diào)節(jié)溫濕度和噴水條件，模擬復(fù)雜戶(hù)外環(huán)境（如雨淋、高濕）。

• ?

  缺點(diǎn)：

1. 1.

   紫外輻射強(qiáng)度較低（僅為自然陽(yáng)光的10%-20%），對(duì)僅因紫外引發(fā)老化的材料（如某些塑料）加速效果有限；

2. 2.

   光譜中仍含少量自然陽(yáng)光中不存在的短波紫外（需嚴(yán)格濾光，否則可能導(dǎo)致過(guò)試驗(yàn)）；

3. 3.

   試驗(yàn)周期較長(zhǎng)（通常需數(shù)千小時(shí)），效率低于紫外熒光燈試驗(yàn)。

總結(jié)

鹵素?zé)衾匣囼?yàn)是一種兼顧成本與真實(shí)性的耐候性測(cè)試方法，尤其適用于需要綜合模擬光、熱、濕效應(yīng)，且對(duì)紅外輻射敏感的材料（如塑料、涂料）。盡管氙燈因全光譜匹配更優(yōu)逐漸成為主流，但鹵素?zé)粼囼?yàn)在傳統(tǒng)行業(yè)（如建筑、汽車(chē)內(nèi)飾）中仍因設(shè)備經(jīng)濟(jì)性和光譜適應(yīng)性被廣泛應(yīng)用。實(shí)際選擇時(shí)需結(jié)合材料特性（如對(duì)紫外/紅外的敏感程度）、標(biāo)準(zhǔn)要求和測(cè)試目的（如快速篩選或精確模擬）綜合決策。