氙燈試驗(yàn)箱校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展促進(jìn)了對(duì)各種新型材料需求的日益增長(zhǎng)，為了科學(xué)評(píng)價(jià)新型材料的耐候性、耐光性，必然通過(guò)各種型式的氣候老化試驗(yàn)(自然大氣曝露和人工條件加速試驗(yàn))進(jìn)行驗(yàn)證。人工條件加速試驗(yàn)通常采用人工光源的氣候老化試驗(yàn)設(shè)備來(lái)加速老化過(guò)程，這些人工光源包括氙弧燈、熒光紫外線燈、碳弧燈和金屬鹵化物燈。

氙弧燈的光譜范圍包括波長(zhǎng)大于270nm紫外線、可見(jiàn)光和紅外輻射。氙弧燈輻射經(jīng)適當(dāng)濾光后，其光譜能夠使人們了解并確定由氣候因素導(dǎo)致的各種失效機(jī)理和發(fā)生過(guò)程。對(duì)這些過(guò)程的理解，有助于材料科研人員開(kāi)發(fā)出能遏制這些機(jī)理發(fā)生的新型配方和工藝，提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性。導(dǎo)致材料降解的三大氣候因素為：光(日光輻射)、水(濕度)和溫度。對(duì)于曝露在戶外的材料，雖然熱、濕度和機(jī)械變形等都會(huì)加速材料老化并影響材料的最終性能，但太陽(yáng)光的輻能量分布與陽(yáng)光中的紫外、可見(jiàn)射是限制其使用壽命的主要因素。部分最相似。

氙燈試驗(yàn)箱(Xenonweather-ometer)是采用氙弧燈光源的氣候老化試驗(yàn)設(shè)備，其氙弧燈輻射經(jīng)過(guò)不同的光學(xué)過(guò)濾器組合過(guò)濾，減少了紫外短波輻射、盡可能除去紅外輻射，可以獲得不同光譜能量分布的光，較常用的如模擬戶外類似夏日正午陽(yáng)光或模擬透過(guò)玻璃的陽(yáng)光，因此氙燈試驗(yàn)箱的應(yīng)用更為普遍、越來(lái)越得到大家的認(rèn)可，由于氙燈試驗(yàn)箱的特殊性，多數(shù)用戶的設(shè)備校準(zhǔn)由原有制造商或代理負(fù)責(zé)。現(xiàn)探討氙燈試驗(yàn)箱校準(zhǔn)技術(shù)及相關(guān)問(wèn)題，以引起同行的關(guān)注。

一、氙燈試驗(yàn)箱的應(yīng)用與發(fā)展?fàn)顩r

全世界每年因老化而造成的產(chǎn)品損失達(dá)數(shù)億美元，氣候老化試驗(yàn)氙燈曝露試驗(yàn)最初應(yīng)用于紡織品、塑料行業(yè)，現(xiàn)在已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于汽車、涂料、建筑材料等行業(yè)。國(guó)內(nèi)的氙燈試驗(yàn)箱主要依靠進(jìn)口，較早進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的制造商主要有美國(guó)At1as公司、Q—Pane l公司，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買的氙燈試驗(yàn)箱多數(shù)是這些公司的產(chǎn)品，其中數(shù)量較多的典型產(chǎn)品有美國(guó)Atlas公司的Ci 3000、Ci4000、Ci5000等，價(jià)值40~100萬(wàn)元。有代表性的是美國(guó)ATLAS公司，他們具有世界規(guī)模的氣候老化試驗(yàn)基地，同時(shí)也是的氙燈試驗(yàn)箱制造商。由于氙燈試驗(yàn)箱的實(shí)用性和重要性，各研究機(jī)構(gòu)、試驗(yàn)基地紛紛投入巨資建立氣候老化試驗(yàn)室、購(gòu)買氙燈試驗(yàn)箱，這也為該行業(yè)留下巨大的市場(chǎng)空間，我國(guó)的制造商已紛紛研制各種類型的氙燈試驗(yàn)箱。

二、氙燈試驗(yàn)箱的主要結(jié)構(gòu)類型

氙燈試驗(yàn)箱的主要結(jié)構(gòu)類型有旋轉(zhuǎn)鼓型和平板型兩種。旋轉(zhuǎn)鼓型的氙燈試驗(yàn)箱，它使用一個(gè)垂直安裝在設(shè)備中央的氙燈管作為光源，氙燈管周圍裝有一套光學(xué)過(guò)濾器，燈管采用水冷卻系統(tǒng)：試驗(yàn)樣品面向光源安裝在圍繞中心燈管旋轉(zhuǎn)的樣品架上。它在平板型的氙燈試驗(yàn)箱，測(cè)試室的頂部安裝了一個(gè)或多個(gè)氣冷氙燈管，平板型的光學(xué)過(guò)濾器被置于燈管下部，同時(shí)在測(cè)試室頂部和側(cè)部裝有反射系統(tǒng)以增強(qiáng)輻照度的均勻性；試驗(yàn)樣品被靜態(tài)安置在燈管下方的樣品盤上。美國(guó)Atlas公司的產(chǎn)品主要是旋轉(zhuǎn)鼓型，Q—PANEL公司的產(chǎn)品多數(shù)屬平板型，這兩種類型的氙燈試驗(yàn)箱各有優(yōu)點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)鼓型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但樣品架圍繞中心氙燈旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)樣品能獲得較均勻的輻照：平板型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但樣品盤是固定不動(dòng)，不同位置的試驗(yàn)樣品受到輻照有差異。氙燈試驗(yàn)箱一般由溫度、相對(duì)濕度和輻照度控制系統(tǒng)構(gòu)成，其中輻照度控制系統(tǒng)包括氙燈管、光學(xué)過(guò)濾器和輻照度測(cè)控等組件，其關(guān)鍵技術(shù)至今還是制約我國(guó)氙燈試驗(yàn)箱技術(shù)發(fā)展和品質(zhì)提高的瓶頸。

三、氙燈試驗(yàn)箱的主要技術(shù)參數(shù)

氙燈試驗(yàn)箱的主要技術(shù)參數(shù)是：黑標(biāo)準(zhǔn)溫度(BST)或黑板溫度(BPT)、箱內(nèi)溫度(DBT)、濕度(R．H)和輻照，黑標(biāo)準(zhǔn)溫度或黑板溫度為被試驗(yàn)樣品可能承受的實(shí)際溫度，黑標(biāo)準(zhǔn)溫度近似于導(dǎo)熱性差的深色試驗(yàn)樣品曝露面的溫度，黑板溫度與黑標(biāo)準(zhǔn)溫度的本質(zhì)區(qū)別在于黑板的非絕熱底座：箱內(nèi)溫度是試驗(yàn)箱工作空間的溫度，這些溫度參數(shù)都反映被試驗(yàn)樣品所承受的溫度狀態(tài)。濕度是試驗(yàn)箱工作空間的相對(duì)濕度，反映被試驗(yàn)樣品所承受的濕度狀態(tài)。對(duì)于許多材料而言，濕度的控制是很關(guān)鍵的，大多數(shù)的氙燈曝露試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都有濕度控制的要求。輻照度是一定光譜范圍或特定波長(zhǎng)內(nèi)單位表面積上所照射的輻照通量，表示為W／m。輻照度時(shí)間積分量為輻射曝曬量(單位為J／m)。輻照度用于測(cè)量被試驗(yàn)樣品承受輻照通量，直接反映被試驗(yàn)樣品承受光曝曬量。Ci 5000氙燈試驗(yàn)箱的主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)溫度參數(shù)：黑標(biāo)準(zhǔn)溫度：40~120℃，黑板溫度：40—110℃：箱內(nèi)溫度：室溫~80"C。

(2)濕度：光照段濕度為10％一75％R．H，黑暗段濕度可達(dá)100％。

(3)輻照度：根據(jù)氙弧燈光學(xué)過(guò)濾器的組合而定．輻照度：(0．26～1．67)W／m@340nm、(0.7 1～3.1 1)W／m@420nm。5氙燈試驗(yàn)箱的現(xiàn)有校準(zhǔn)方法氙燈試驗(yàn)箱校準(zhǔn)還沒(méi)有相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范及合適的測(cè)量?jī)x器，原有制造商或代理分別使用專用的測(cè)量?jī)x器和不同的校準(zhǔn)方法。校準(zhǔn)平板型氙燈試驗(yàn)箱，使用的測(cè)量?jī)x器有CR20輻射計(jì)、CH200濕度計(jì)和CT202溫度計(jì)。校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)鼓型C i 3000、Ci4000、Ci 5000氙燈試驗(yàn)箱，校準(zhǔn)項(xiàng)目包括黑標(biāo)準(zhǔn)溫度、黑板溫度、箱內(nèi)溫度、箱內(nèi)濕度和輻照度，其中設(shè)備的關(guān)鍵部件一標(biāo)準(zhǔn)氙弧燈必須送回原廠ATLAS公司進(jìn)行校準(zhǔn)，測(cè)出特定波長(zhǎng)340nm或420nm的輻照度實(shí)際值。為了便于了解，現(xiàn)將其代理的Ci4000氙燈試驗(yàn)箱校準(zhǔn)方法列在表1。

基于商業(yè)利益，原有制造商或代理不透露相應(yīng)的技術(shù)資料，保密其核心技術(shù)。選用這些校準(zhǔn)方法有兩個(gè)必須面對(duì)的問(wèn)題，首先是測(cè)量?jī)x器的溯源，黑標(biāo)準(zhǔn)溫度、黑板溫度和標(biāo)準(zhǔn)氙弧燈等標(biāo)準(zhǔn)儀器必須送檢到國(guó)外，這也是氙燈試驗(yàn)箱校準(zhǔn)受制于人的主要原因；其次是技術(shù)保密，這顯然不利于校準(zhǔn)市場(chǎng)的開(kāi)放與校準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展。http://www.isabellaresort.com