270
290
310
330
350
370
390
Wavelength (nm)
Wavelength (nm)
常用荧光紫外老化试验条件
ASTM D4329-99 塑料荧光紫外曝晒试验
循环 A 4h 黑暗高湿 8h UV光照 B 4h 黑暗高湿 8h UV光照 C 4h 黑暗高湿 0.77W/m .nm
2
循环条件 8h UV光照
地面阳光光谱辐照度分布
（出版物CIE No 85:1989表4） 出版物CIE 85:1989表
计算过程
• EN12608-2003：门窗制备用未增塑聚氯乙烯(PVC- U) 型材分类、要求和试验方法(附录C)
• 温带气候 M类门窗（5年户外暴晒要求） 年辐照总量：4×109J/m2 老化时间=4×109 ×5×60% ×67%÷550÷3600=4061h 标准要求：4000h • 热带气候 S类门窗（5年户外暴晒要求） 年辐照总量：6×109J/m2 老化时间=6×109 ×5×60% ×67%÷550÷3600=6091h 标准要求：6000h
循环 1 滤镜 Daylight 曝露循环条件 102m in光照 18m in光照 ＋ 喷淋 102m in光照 2 Daylight 18m in光照 ＋ 喷淋 6h 黑暗 , 95± 4％ RH 3 4 5 Daylight 1.5h光照 , 70±5％ RH 0.5h光照 ＋ 喷淋 100%光照 ,55±5％ RH 102m in光照 ,35±5％ RH 玻璃窗 18m in光照 ＋ 喷淋 3.8h光照 , 35± 5％ RH 1h 黑暗 , 95±5％ RH 40m in光照 50%±5％ RH 7 20m in光照 ＋ 喷淋 玻璃窗 60m in光照 , 50±5％ RH 1h 黑暗 , 95±5％ RH 8 3.8h光照 , 50± 5％ RH 玻璃窗 1h 黑暗 , 95± 5％ RH 0.55 W/m @340nm
湿度、雨、露水
化学反应 渗透作用 溶解 热冲击 冲刷
• 部分材料对水分子较敏感，较容易吸湿而导致表面光 泽下降。如环氧树脂、聚氨酯等。 • 常用湿度条件：50±5%、65±5% • 常用模拟下雨条件：102min干燥，18min喷淋
常用氙弧灯老化试验条件
ASTM G155/G26非金属材料氙灯曝露试验
光照强度 0.77W/m2.nm
黑板温度 60±3℃
适用范围
通用材料 50±3℃ 0.77W/m .nm
2
70±3℃ 汽车材料 50±3℃ 50±3℃ 建筑材料 50±3℃
ISO 4892-3：2006 Method A
太阳、氙灯与紫外光谱比较
最受关注的问题
5年自然老化 =人工气候老化需 要多长时间？
1.0
0.5
0.0 270 320 370 420 470 520 570 620 670 720 770 Wavelength (nm)
Carbon Arc 碳弧
封闭式：在日本仍用于材料的褪 色及色牢度测试
开放式：在日本仍用于汽车材料 的老化测试
太阳光谱与氙灯光谱
氙灯日晒老化机
风冷式氙弧灯
水冷式氙弧灯
经验表明， 经验表明，实验室与特定地点的大气暴晒试验结果之 间的相关性只适用于特定种类和配方的材料及特定的 性能，且其相关性已为过去的试验所证实了的场合。 性能，且其相关性已权威的计算方法
来源： EN12608-2003：门窗制备用未增塑聚氯乙烯(PVC-U)型 材分类、要求和试验方法 (附录C) 老化时间=年太阳辐照总量×年数× 老化时间 年太阳辐照总量×年数×60% ×67%÷550÷3600 年太阳辐照总量 ÷ ÷
----年太阳辐照总量：波长范围在300～2450nm内的各地区地面吸收的阳光 年辐照总量，J/m2 ； ----60%：波长范围在300～800nm的辐照量占总辐照量的百分数，材料正因 为吸收此范围的光照而引起老化降解； ----67%：温度修正系数。因在自然老化中，除了夏天，其他季节的平均气温 相对较低； ----550：氙灯日晒老化机使用Boro/Boro滤镜组合时，其发射的光谱波长范 围在300～800nm的辐照量，W/m2； ----3600：1hour=3600sec
2
光照强度 0.35 W/m 2 @340nm 0.35 W/m 2 @340nm 0.35 W/m 2 @340nm 0.30 W/m @340nm
2
黑板温度 63± 2.5℃
适用范围 最为常用条件
63± 2.5℃ 24± 2.5℃ 77± 3.0℃ 55± 2.0℃ 63± 2.5℃ 户内纺织品 63± 2.5℃ 户内纺织品 43± 2℃ 7 0 ±2 ℃ 汽车外用材料 7 0 ±2 ℃ 3 8 ±2 ℃ 89± 3.0℃ 汽车内用材料 38± 2.0℃ 户内塑料 户外纺织品 更好地模拟户外
1、阳光 2、温度 3、湿度 4、雨、露水 5、其他：水、雷电、风、盐雾、酸雨、 生物、污染物等等其它因素
太阳光谱与碳弧灯光谱
3.0 2.5
Direct Sun Sunshine Carbon Arc
Irradiance (W /m ^ 2*nm )
2.0
Enclosed Carbon Arc
1.5
紫外光谱
紫外光谱分区
UV-A：315～400nm 引起高分子材料 老化的主要区域 UV-B：280～315nm 包括了能到达地 球地面的最短紫外光，可被窗 玻璃过滤掉 UV-C：100～280nm 只存在于大气层 之外的太空中
常用灯管
UVA-340灯：广泛使用在模拟户外自然老化 UVA-340灯：广泛使用在模拟户外自然老化 UVA-351灯：普遍使用于模拟透过窗玻璃太阳光的老化 UVA-351灯：普遍使用于模拟透过窗玻璃太阳光的老化 UVB-313灯：广泛使用在汽车耐候漆的实验室筛选 UVB-313灯：广泛使用在汽车耐候漆的实验室筛选
中国主要的气候类型
主要假设条件
1.自然气候稳定 2.氙灯照射光谱稳定，且与自然太 阳光光谱一致 3.材料老化机理一致
Something should always be in mind
材料的耐候性能取决于： 材料的耐候性能取决于：
• 材料本身 化学结构、颜色、形状 • 使用环境 经纬度、季节、风、样品角度、背面支撑材料、 周围环境条件
荧光紫外灯光谱与太阳光谱
1.5
1.2
太阳光 太阳光
Ir r a d ia n c e (W /m ²/n m )
1.0 Ir ra d ia n c e W /m ²/n m
UVB-313 灯管
1.0
0.8
UVA-340 灯管
0.6
0.5
0.4
FS-40 灯管
0.2
0.0 270
0.0
290 310 330 350 370 390
滤光镜组合
Boro/Boro：模拟太阳光整个光化学区的 光谱能量分布 Boro/Soda Lime：模拟透过窗玻璃的太 阳光的光谱能量分布 Quartz/Boro：含有部分太阳光所没有的 更短波长 Quartz/Quartz：近似地球大气不能滤去 的太阳光强度 IR/Boro：模拟太阳光300～1000nm的光 谱能量分布
玻璃窗
1.10 W/m 2 @420nm 1.10 W/m 2 @420nm
6
玻璃窗
0.55 W/m 2 @340nm
• ISO 4892-2:2006 Method A
荧光紫外人工加速老化
原理：以荧光紫外灯为光源，模拟并强化对高分子 材料老化影响最显著的紫外光谱，并适当控 制温度、湿度，使在试样上同期性的产生凝 露的试验。
温度
暴露试样的表面最高温度主要依赖 于光源辐照强度、辐射热的吸收、 试样自身的热传导、试样与空气或 与试样架之间的热传递等条件。
黑板温度(BPT):显示导热性良的深色试样表面温度 黑标温度(BST):显示导热性差的深色试样表面温度 白标温度(WST):显示导热性差的浅色试样表面温度
黑标温度计
黑板温度计
材料耐候老化国际检测技术 材料耐候老化国际检测技术
WEATHERING RESISTANCE TESTING FOR MATERIALS
主要内容 • 1.材料老化实验相关背景简介 • 2.不同老化机的简介 • 3.老化时间的计算
户外暴晒
• 阳光
湿 度 温 度
阳光
雨
雷电
风
影响材料自然老化性能的因素