鹵素燈老化試驗是一種利用鹵素燈模擬太陽輻射，評估材料耐候性（抗紫外線、光熱老化等性能）的環(huán)境試驗方法。其核心是通過鹵素燈發(fā)出的連續(xù)光譜（包含紫外、可見光及紅外輻射），結(jié)合溫濕度等環(huán)境因素，加速材料的老化過程，從而預測其在實際使用中的耐久性。以下從原理、設備、應用及注意事項等方面展開說明：
一、基本原理
鹵素燈屬于白熾燈的改進型，通過在燈泡內(nèi)充入鹵素氣體（如碘、溴），利用“鹵素循環(huán)”反應（鹵素原子與鎢蒸氣反應生成鹵化鎢，鹵化鎢在高溫燈絲上分解為鎢和鹵素，循環(huán)補充燈絲損耗），顯著提高燈絲壽命（普通白熾燈壽命約1000小時，鹵素燈可達2000-5000小時）和發(fā)光效率。
鹵素燈的光譜分布以可見光（約400-700nm）和紅外（>700nm）為主，紫外部分（200-400nm）相對較弱（約占3%-5%），但仍包含UVA（315-400nm）和部分UVB（280-315nm）波段。通過濾光系統(tǒng)（如石英濾光片）可進一步調(diào)整光譜，減少多余短波紫外（如<290nm的自然陽光中不存在的部分），使其更接近太陽光的有效輻射范圍（290-2500nm），從而模擬戶外光照對材料的老化作用。
二、試驗設備：鹵素燈老化試驗箱
核心組件包括：
1.
鹵素燈光源：多組鹵素燈（如單端或雙端結(jié)構(gòu)）排列，提供廣譜光輻射。功率通常為250-1000W/燈，具體取決于試驗箱尺寸和輻照度要求。
2.
濾光系統(tǒng)：關鍵部件，通過石英濾光片或硼硅酸鹽玻璃組合，過濾掉過量短波紫外（如<290nm）和部分紅外輻射，使最終光譜更接近自然陽光。不同濾光片組合可適配不同標準（如ASTM G154的“窗玻璃濾光”或“無濾光”模式）。
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，部分設備支持傾斜角度調(diào)節(jié)（模擬不同緯度的太陽入射角）。
4.
環(huán)境控制系統(tǒng)：
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溫度控制：通過黑板溫度計（BPT）或黑標溫度計（BST）監(jiān)測樣品表面溫度（通常40-100℃，具體根據(jù)材料和標準設定）；
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濕度控制：通過加濕/除濕系統(tǒng)調(diào)節(jié)相對濕度（0-95% RH），模擬高濕或低濕環(huán)境；
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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)），測試材料的耐水老化性能。
三、試驗條件與標準
試驗參數(shù)需根據(jù)材料類型（塑料、涂料、紡織品等）和應用場景（戶外、室內(nèi)、汽車等）設定，常見標準包括：
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ASTM G154：《非金屬材料暴露于熒光和其他紫外光源的標準操作》（鹵素燈屬于其中“其他光源”的一種，常與氙燈、紫外熒光燈并列）；
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ISO 4892-2：《塑料 實驗室光源暴露試驗方法 第2部分：氙弧燈》（雖以氙燈為主，但部分鹵素燈試驗可參考其框架）；
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GB/T 16422.2：中國標準（等同采用ISO 4892-2，氙燈為主，鹵素燈試驗需參考行業(yè)特定標準）；
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SAE J2527：美國機動車工程師學會標準（針對汽車外飾件的鹵素燈/氙燈老化試驗）。
典型試驗條件示例（以ASTM G154為例）：
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光譜范圍：290-2500nm（經(jīng)濾光后）；
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輻照度：340nm處0.35-0.55W/m2（或總輻照度控制在1120-1800W/m2）；
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黑板溫度：65±3℃（光照階段），50±3℃（黑暗/噴水階段）；
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相對濕度：50±5%（光照階段），95±5%（噴水階段）；
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試驗周期：500-5000小時（根據(jù)材料老化速率調(diào)整）。
四、主要應用領域
鹵素燈老化試驗因光譜覆蓋可見光和紅外，且成本低于氙燈，廣泛用于以下材料的耐候性評估：
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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）；
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涂料與涂層：外墻涂料、木器漆、防腐涂層（測試耐光褪色、粉化、開裂）；
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紡織品：戶外遮陽布、地毯、服裝面料（評估褪色、纖維脆化）；
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汽車部件：內(nèi)飾（塑料面板、皮革）、外飾（車燈外殼、標志）、橡膠密封條；
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建筑材料：門窗型材、防水卷材、屋頂瓦片（模擬長期光照下的老化）。
五、評價方法
試驗后需通過多維度指標量化材料老化程度，常用方法包括：
1.
外觀變化：
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目視評估：褪色、黃變、裂紋、起泡、粉化等；
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儀器測量：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.
物理性能衰減：
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力學性能：拉伸強度、斷裂伸長率（塑料/橡膠）、硬度（涂料）、撕裂強度（紡織品）；
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熱性能：差示掃描量熱法（DSC）分析結(jié)晶度變化；
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耐水性：吸水率、膨脹率（針對吸濕性材料）。
3.
化學結(jié)構(gòu)分析：
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紅外光譜（FTIR）：檢測分子鏈斷裂（如C-C鍵、酯鍵斷裂）、氧化產(chǎn)物（羰基、羧基增加）；
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紫外-可見光譜（UV-Vis）：分析顏料或光穩(wěn)定劑的分解（如吸收峰位移或強度降低）；
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凝膠滲透色譜（GPC）：測定高分子鏈的分子量分布變化（分子量下降提示降解）。
六、與其他老化試驗方法的對比
方法 | 光譜匹配 | 加速倍數(shù) | 適用場景 | 局限性 |
|---|---|---|---|---|
鹵素燈老化 | 可見光/紅外接近自然光，紫外較弱（需濾光） | 中等偏低 | 對紅外敏感材料（如塑料熱老化）、需綜合光熱效應 | 紫外輻射強度低，不適用于強紫外敏感材料 |
氙弧燈老化 | 全光譜最接近自然光（需精密濾光） | 中等偏高 | 通用型戶外材料（當前主流） | 設備成本高，維護復雜 |
紫外熒光燈（UVA/UVB） | 僅紫外部分（無可見光/紅外） | 高 | 快速篩選紫外敏感材料（如塑料褪色） | 與自然光照差異大，易過試驗 |
碳弧燈老化 | 紫外-可見光接近，紅外過量（需濾光） | 中等 | 傳統(tǒng)戶外材料（如早期涂料、橡膠） | 光譜含多余短波紫外，設備笨重 |
七、優(yōu)缺點總結(jié)
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優(yōu)點：
1.
光譜在可見光和紅外區(qū)域與自然陽光高度匹配，能更真實模擬光熱協(xié)同老化（尤其適合對紅外敏感的材料）；
2.
設備成本低于氙燈試驗箱，維護相對簡單（鹵素燈壽命較長，更換成本低）；
3.
可靈活調(diào)節(jié)溫濕度和噴水條件，模擬復雜戶外環(huán)境（如雨淋、高濕）。
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缺點：
1.
紫外輻射強度較低（僅為自然陽光的10%-20%），對僅因紫外引發(fā)老化的材料（如某些塑料）加速效果有限；
2.
光譜中仍含少量自然陽光中不存在的短波紫外（需嚴格濾光，否則可能導致過試驗）；
3.
試驗周期較長（通常需數(shù)千小時），效率低于紫外熒光燈試驗。
總結(jié)
鹵素燈老化試驗是一種兼顧成本與真實性的耐候性測試方法，尤其適用于需要綜合模擬光、熱、濕效應，且對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，但鹵素燈試驗在傳統(tǒng)行業(yè)（如建筑、汽車內(nèi)飾）中仍因設備經(jīng)濟性和光譜適應性被廣泛應用。實際選擇時需結(jié)合材料特性（如對紫外/紅外的敏感程度）、標準要求和測試目的（如快速篩選或精確模擬）綜合決策。