熒光紫外老化試驗是一種通過模擬太陽光中的紫外線（UV）輻射、濕熱環境等條件，加速材料老化過程的實驗室測試方法，廣泛應用于評估材料（如塑料、涂料、橡膠、紡織品等）的耐候性、耐久性和穩定性。以下是該試驗的詳細解析：
一、試驗原理
紫外線模擬
使用熒光紫外燈管（如UVA-340、UVB-313）模擬太陽光譜中295–400 nm的紫外波段，這是導致材料光降解的主要波段。
UVA-340：峰值為340 nm，接近正午陽光的紫外輻射，適用于戶外材料測試。
UVB-313：峰值為313 nm，輻射強度更高，加速老化效果顯著，但可能超出自然光照范圍，適用于加速壽命測試。
濕熱循環
配合高溫（如60℃）和高濕度（如95% RH）環境，模擬濕熱氣候（如熱帶地區）對材料的協同老化作用。
冷凝與噴淋
部分試驗加入冷凝循環（如冷凝水浸泡），模擬露水或雨水對材料表面的長期侵蝕。
二、核心標準與參數
1. 主要標準
ASTM G154（非金屬材料紫外老化測試）
定義熒光紫外燈管類型、溫度、濕度及光照周期。
ISO 4892-3（塑料 紫外老化測試）
與ASTM G154類似，但更側重歐洲市場。
SAE J2020（汽車材料紫外老化測試）
針對汽車內外飾件的加速老化要求。
2. 典型試驗條件
| 參數 | UVA-340 條件 | UVB-313 條件 |
|---|---|---|
| 燈管類型 | UVA-340（340 nm峰值） | UVB-313（313 nm峰值） |
| 黑板溫度 | 60℃±3℃ | 60℃±3℃ |
| 濕度循環 | 50% RH（光照） / 95% RH（冷凝） | 50% RH（光照） / 95% RH（冷凝） |
| 光照時間 | 12小時光照 + 12小時黑暗 | 12小時光照 + 12小時黑暗 |
| 持續時間 | 1000–5000小時（按需求定制） | 加速老化測試常用 |
三、試驗設備
紫外老化試驗箱
燈管類型：UVA-340、UVB-313、UVC-365（特殊需求）。
溫度控制：黑板溫度計（BPT）或樣品表面溫度傳感器。
濕度系統：蒸汽發生器或噴淋裝置，支持冷凝與濕熱循環。
示例設備：Q-Lab QUV/basic、Atlas Ci系列。
關鍵參數監測
紫外輻照度（單位：W/m2/nm）：需定期校準，確保燈管輸出穩定性。
黑板溫度與箱內溫度偏差：≤±2℃。
濕度波動：±3% RH。
四、試驗步驟與操作要點
樣品準備
尺寸要求：試樣面積≥100 mm×100 mm，厚度≤50 mm。
表面清潔：去除油污、灰塵，避免污染試驗箱。
試驗設置
選擇燈管類型（UVA-340或UVB-313）。
設定溫度、濕度循環周期（如ASTM G154默認12小時光照+12小時冷凝）。
預運行設備，穩定輻照度與溫濕度。
試驗執行
啟動試驗箱，按設定程序運行。
定期記錄試樣表面狀態（如變色、開裂、粉化）。
后處理與檢測
外觀評估：目視檢查色差（ΔE）、裂紋、起泡等缺陷。
機械性能：拉伸強度、沖擊強度、硬度變化率。
化學分析：FTIR檢測老化產物（如羰基指數）。
五、失效模式與判定標準
| 失效模式 | 判定標準 |
|---|---|
| 光降解 | 黃變指數ΔYI＞3（塑料）或ΔE＞5（涂料）。 |
| 機械性能劣化 | 拉伸強度下降＞20%或斷裂伸長率下降＞30%。 |
| 表面破壞 | 開裂、剝落、粉化面積＞10%。 |
六、應用場景與行業案例
1. 汽車行業
測試對象：車身涂料、保險杠、輪胎橡膠。
判定要求：戶外暴露1年等效于加速老化1000小時（UVA-340）。
2. 建筑材料
測試對象：外墻涂料、PVC型材、密封膠。
判定要求：色差ΔE＜2，無可見開裂。
3. 電子電器
測試對象：戶外燈具外殼、汽車線束護套。
判定要求：絕緣性能下降≤10%，無變形。
七、與其他老化試驗的對比
| 試驗類型 | 優勢 | 局限性 |
|---|---|---|
| 熒光紫外老化 | 快速、成本低，模擬紫外線主導環境。 | 無法模擬全光譜太陽光（缺少可見光與紅外）。 |
| 氙燈老化 | 全光譜模擬，適用復雜氣候環境。 | 成本高，測試周期長。 |
| 碳弧燈老化 | 歷史悠久，適用于紡織品測試。 | 光譜不匹配，逐漸被淘汰。 |
八、安全注意事項
紫外輻射防護
試驗箱需配備遮光罩，操作人員避免直視燈管（可能引發視網膜損傷）。
臭氧排放
UV燈管可能產生微量臭氧，試驗箱需強制通風。
高溫防護
試驗后取出樣品時佩戴耐高溫手套。
九、改進建議與優化方向
材料篩選
對光敏感材料（如聚碳酸酯）優先選用UVB-313加速老化。
多因素耦合
結合濕熱、鹽霧試驗（如QUV+HAST）模擬沿海高濕鹽霧環境。
數據分析
使用Arrhenius模型預測材料壽命（基于溫度加速因子）。
十、總結
熒光紫外老化試驗是評估材料耐候性的高效手段，尤其適用于紫外線敏感的材料（如塑料、涂料）。試驗參數需根據實際應用場景（如氣候帶、暴露角度）選擇，并定期校準設備以確保數據可靠性。對于出口至高紫外線地區（如中東、高原）的產品，建議結合ASTM G154與ISO 4892-3標準設計測試方案。