户外灯具的紫外线耐久性试验方法

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对于户外灯具来讲，其使用的塑性材料在遭受大气中的阳光辐射、气体、水分、温度等作用时，材料特性会逐渐劣化，主要表现为褪色、发黄、变色、失光、变模糊、氧化、脱皮、龟裂、分层、粉化、脆化及强度下降等现象。其中大气辐射中的紫外线辐射能破坏聚合物的化学键，最终造成聚合物化学性质改变和机械性能下降，是造成材料老化的主要因素。因此，对涂料、塑料、橡胶、油漆等材料的耐光性进行试验，是户外灯具的一项重要检测项目。

1. 耐光性试验的分类
耐光性试验分类较多，选择哪种方法取决于要测试的材料、材料的最终应用场合、所关心的材料遭破坏的模式以及测试周期和成本等因素。国内外普遍采用的耐光性试验方法有以下几种：

1.1 自然阳光曝露
天然环境老化试验方法是国内外广泛采用的方法，试验结果更符合实际使用情况，所需的费用较低而且易于操作。但是，这种方法的试验周期太长，影响改良产品设计的进度。同时，试验场地的气候不可能年年不变，试验结果的再现性也不太理想。

1.2 氙弧灯照射
氙弧辐射试验能产生紫外光、可见光和红外光，是最能模拟全太阳光谱的试验，是国内外广泛采用的人工加速气候老化试验方法。使用氙弧灯照射进行耐光性实验时，必须安装不同的过滤器来获得合适的光谱分布，产生不同的光能分布，以满足不同的测试需求。由于氙弧灯的光谱稳定性比紫外线荧光灯更差，其光谱能量分布会随时间变化，降低了试验结果的重现性。该方法主要用于汽车、涂料、油漆、印刷包装、颜料、纺织物、屋顶材料、橡胶、塑料、涂层等材料的试验。

1.3 紫外线荧光灯照射
紫外线荧光灯在电学原理上与照明用荧日光灯相似，但能产生更多的紫外光，可用来模拟太阳光对材料的破坏性作用。使用紫外光老化试验的同时，还可以通过冷凝或喷淋的方式模拟湿气影响。由于紫外线荧光灯的光谱能量分布不会随时间变化，所以试验结果具有较高的重现性。

2. 试验标准
塑性材料在户外灯具中通常作为表面涂层、光学透镜、密封部件或装饰部件使用，通过对这些材料的耐光性试验，可以评估户外灯具材料的耐用性能，预测产品将在户外遭遇的变化，为材料选择和改进提供技术数据。目前，各国及行业组织针对非金属材料的荧光紫外线暴露试验制定了不同的标准规范，灯具行业经常涉及到的几个规范如下：

ASTM G 154-2012 Standard Practice for Operating Fluorescent Ultraviolet (UV) Lamp Apparatus for Exposure of Nonmetallic Materials
ISO 4892.3-2016 Plastics — Methods of exposure to laboratory light sources — Part 3: Fluorescent UV lamps
ISO11507-2007 Paints and varnishes – Exposure of coatings to artificial weathering – Exposure to fluorescent UV lamps and water
ASTM D4674-2002aStandard Practice for Accelerated Testing for Color Stability of Plastics Exposed to Indoor Office Environments
ASTM D4587-2011 Standard Practice for Fluorescent UV-Condensation Exposures of Paint and Related Coatings

3. 试验程序
在上述几项标准中，ASTM D 4587（油漆及相关涂料荧光紫外线和凝露的暴露试验规范）对设备要求不高，试验结果相对稳定，已经在灯具行业中获得广泛应用。以下结合ASTM D 4587标准，简单介绍户外灯具材料的紫外线老化试验方法。

3.1 概述
以ASTM D4587为代表的试验方法定义了利用人工荧光紫外光模拟太阳光中的短波紫外光对材料的破坏性作用，在试验中还模拟了冷凝和喷淋环境的湿气影响。按照该试验方法，只需要几天或几周时间，即可再现户外需要数月或数年所产生的破坏。

3.2 设备要求

试验在紫外线老化试验箱中进行，该设备采用紫外线荧光灯模拟阳光曝晒，同时施加较高的环境温度，并通过冷凝或喷淋的方式再现自然气候中的紫外、高温、高湿、雨水、凝露、黑暗等环境条件，并按需要自动执行多次循环，最终获得室外环境对材料的损伤效果。

紫外线老化试验箱的工作室内部装有紫外线荧光灯、样品放置架、加湿加热器、温度传感器及液位开关。试验箱采用8支40W的UV荧光灯管作为光源，试验样品放置在灯管外测，其表面与灯管相平行且距离为50mm。

3.3 紫外线灯管的选择
紫外线的波长越短，能量越大，对材料的破坏也越严重。对于不同的曝晒应用，应选择不同类型的具有不同光谱的紫外线灯管，不同灯管的差异如下：

UVA-351 灯管，用于模拟穿过窗玻璃的阳光中的紫外线部分，主要用于室内产品的光老化试验。
UVA-340 灯管，用于模拟直接照射的阳光中的紫外线部分，主要用于户外产品的光老化试验。
UVB-313 灯管，用于快速测试，由于会加速材料的老化，对很多材料会造成偏离实际的试验结果。

3.4 辐照度控制

随着使用时间的推移，紫外线灯管的辐照强度会逐渐下降，其使用寿命取决于所使用的辐照度水平，通常达到5000小时即认为寿命终结。为了获得能够重现的试验结果，必须对灯管的辐照度进行准确控制，常用的控制方法包括更换灯管和自动调节两种。

通过自动调节灯管的功率来补偿因灯管老化造成的辐照不足，可以维持光辐照强度的恒定。安装在灯管前方的紫外线照度探头接收灯管发出的光线，经处理器进行分析比较，由控制器输出调节信号给镇流器，镇流器改变供给灯管的功率，直到实际的照度值与设定值一致为止。当照度值设定后，辐照度调节可由系统自动锁定。

3.5 潮湿模拟方法
材料置于室外时，除了日光的照射以外，环境中的水汽也会加速材料的劣化。在紫外线老化试验中，通常还会模拟一个潮湿环境来进行试验，以获得更真实的结果。潮湿模拟方法包括以下几种：

冷凝（露水） ，通过加热水来产生水蒸汽，试样表面被室内空气维持在较低温度，从而保证水蒸汽会连续不断地在样品表面凝结。是模拟户外潮湿侵蚀的最好方法，应用最广。
喷水（雨） ，在某些实际应用条件下，例如阳光下的阵雨，材料上聚集的热量会迅速消散，材料的温度会发生急剧变化，产生强烈的热冲击。应用较少，有些应用条件要求使用水喷淋以达到实际的效果。
冷凝（露水）+喷水（雨） ，应用较少，除非特别要求。

3.6 样品的放置
紫外线老化试验箱通常使用试验片进行测试，试验前将涂料按照规定的生产工艺涂覆和固化在75mm x 150mm的金属片上，然后将试验片安装在样品架上进行测试。对于一些平面形状的材料（例如灯具的有机玻璃透镜），可以直接裁剪成标准尺寸进行试验。特殊情况下，对于不容易制作试验片的材料，也可以直接使用灯具部件进行测试。应特别注意形状不规则或比标准样品大的三维样品，在安装时仍要保证与灯管的距离符合要求。

3.7 试验时间
针对不同的材料，紫外线老化试验中每一轮的UV照射时间、冷凝时间和试验温度都应分别设置，试验箱的温度应在40℃~70℃范围内可调节，具体的要求如下：

3.8 结果判定
对于耐光性试验结果的判定，主要从材料在试验前后的颜色、灰度和光泽度的变化来进行评价。在特殊情况下，也可以评估试验前后的物理或其他方面的性能变化。

3.8.1 试验前后的颜色变化
使用测色仪对产品在试验前后进行精确的色度测定，获得色彩值、色差值等数据，当色度变化超过限定值时，即认为材料不符合要求。

3.8.2 试验前后的灰度变化
灰度评级是忽略色相的因素，只从灰阶的变化来对样品的外观变化进行评判的方法。常用的标准灰卡有ISO 105-A02 评定变色用灰色样卡和AATCC EP1变色灰卡。

3.8.3 试验前后的光泽度变化
光泽度是指物体受光照射时表面反射光的能力，用试样在正反射方向相对于标准表面反射光量的百分率表示，使用光泽度计可以测量试样表面的光泽度变化。