老化测试条件有哪些？关键参数设定与标准解读

“老化测试需要做多久？温度要设定多少度？”这是材料研发人员在制定测试方案时最常问到的问题。老化测试并非简单的“暴晒”，而是一项精确控制的物理实验。为了在实验室中重现户外数月甚至数年的老化效果，必须严格设定辐照度、温度、湿度（水分）以及循环周期等关键条件。

不同的测试标准（如ASTM、ISO、GB/T）对这些条件的规定不尽相同，参数的微小差异都可能导致测试结果截然不同。本文将从技术角度深度解析老化测试中的核心条件设定。

1. 光照条件：辐照度与波长的选择

光是引发高分子材料光降解的能量来源，光照条件的设定主要包含两个维度：光谱波长和辐照度强度。

• 波长选择（光源类型）
  • UVA-340灯管：模拟太阳光中的短波紫外线，是模拟户外老化（光降解）的最佳选择，截止点通常在295nm。
  • UVB-313灯管：提供比地球表面更强的短波紫外线，加速效果极快，但容易导致非自然的老化结果（如异常黄变）。
  • 氙灯滤光片：氙灯测试需配合滤光片使用。例如，“日光过滤器”用于模拟户外直射阳光，“窗玻璃过滤器”用于模拟透过玻璃的室内阳光（常用于汽车内饰）。
• 辐照度（Irradiance）控制
  • 辐照度直接决定了老化的速率。一般测试中，辐照度设定为 0.51 W/m² 或 0.89 W/m²（在340nm处）。
  • 高辐照度测试：部分车企标准要求使用高辐照度（如1.2 W/m²甚至更高）来进一步缩短测试周期，但需警惕过高能量导致材料烧焦。

2. 温度条件：黑板温度 (BPT) 的重要性

在老化测试中，我们关注的不仅仅是箱体内的空气温度，更重要的是样品表面的温度。

• 黑板温度 (BPT) / 黑标温度 (BST)
  • 由于深色样品比浅色样品吸收更多的热量，标准测试通常使用“黑板温度计”来控制试验温度。
  • 典型设定：常见的UV测试温度设定为 60℃ 或 50℃；氙灯测试通常设定为 65℃（模拟一般户外高温）或 89℃（模拟汽车内饰极限高温）。
  • 温度每升高10℃，化学反应速率通常会增加一倍，因此温度的精确控制对于重现性至关重要。

3. 水分条件：凝露 vs 喷淋

水分是导致材料表面机械侵蚀（如涂层剥落）和吸湿膨胀的主要原因。不同测试设备模拟水分的方式不同。

• 冷凝（Condensation）
  • 原理：在UV测试中，通过加热水槽产生热蒸汽，在样品表面形成露水。
  • 优势：模拟户外的夜间结露。研究表明，户外材料每天潮湿的时间长达8-12小时，大部分是由结露而非下雨造成的。冷凝更能深入材料孔隙，引发生物降解或涂层起泡。
• 水喷淋（Water Spray）
  • 原理：直接向样品喷水。
  • 优势：模拟雨水冲刷。喷淋会产生“热冲击”（瞬间冷却高温样品），这对评估材料的物理应力开裂非常有效。

4. 循环周期：光照与黑暗的交替

老化测试通常不是持续光照，而是由“光照段”和“黑暗/冷凝段”组成的循环。

• 典型循环示例：
  • ASTM G154 (UV): 常用循环为 8小时光照（60℃）+ 4小时冷凝（50℃）。这种循环模拟了典型的夏季日夜交替。
  • ASTM G155 (氙灯): 常用循环为 102分钟光照 + 18分钟光照且喷淋。这主要模拟白天的间歇性阵雨。

常见标准测试条件对比表

为了便于理解，我们将两种最通用的国际标准条件整理如下：

总结

老化测试条件的设定必须严谨遵循相关产品标准，任何参数的随意更改（如擅自提高温度以求加快速度）都可能导致测试结果与实际使用情况脱节。企业在委托检测时，应明确告知检测机构产品的最终使用环境（户外、室内、高温区等），以便匹配最合适的测试条件。

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